Análise das causas e soluções para falhas do motor principal de extrusoras de parafusos gêmeos

Como unidade de potência principal do equipamento, o motor principal de um extrusor de dois parafusos determina diretamente a continuidade da produção e a qualidade do produto. As falhas do motor principal concentram-se principalmente em quatro categorias: inicialização anormal, ruído anormal durante a operação, aumento excessivo da temperatura e corrente instável. Em combinação com a estrutura do equipamento, os parâmetros do processo e as especificações de operação, as seções seguintes detalham as causas das falhas e fornecem soluções específicas, ao mesmo tempo em que complementam as medidas preventivas para reduzir a taxa de recorrência das falhas.

I. Falha do motor principal ao iniciar

(I) Fenômeno de falha

After pressing the start button, the main motor has no response. The control panel either shows no alarm or displays fault codes such as “Start Failure” or “Interlock Triggered”. The motor does not rotate, vibrate, or make noise.

(II) Análise da causa

1. Procedimento de operação incorreto: The startup of a twin-screw extruder follows a strict logical sequence. If the process of “lubricating pump startup → cooling system startup → feeding system preparation → interlock reset” is not followed, the control system will prohibit the main motor from starting. This is the most common human-induced operational failure.
2. Falha no circuito elétrico: O sobreaquecimento dos fusíveis no circuito de alimentação principal do motor, a oxidação e a aderência dos contatos do contactor, o dano e o curto-circuito ou o mau contato dos cabos podem causar interrupções de energia. A falha do conversor de frequência em concluir a autovisualização ou a liberação de eletricidade induzida também podem impedir o arranque do motor.
3. Ativação do dispositivo de proteção de travagem: O equipamento está equipado com várias proteções de interligação. A falha na inicialização da bomba de óleo lubrificante ou a pressão de óleo insuficiente, a temperatura excessivamente alta da água de resfriamento, a pressão excessiva na cabeça, o botão de parada de emergência não redefinido e a proteção contra sobrecarga do motor não ativada desencadearão interligações e cortarão o circuito de inicialização do motor principal.
4. Impacto da bloqueio mecânico: Entrada de objetos metálicos estranhos no sistema de extrusão, interferência de elementos causada por desalinhamento dos tampões de ajuste da engrenagem e adesão de materiais resfriados e solidificados à engrenagem após o desligamento, o que faz com que a carga de inicialização do motor seja muito superior ao valor nominal e o sistema de controle proíbe a inicialização para proteger o motor.

(III) Soluções

1. Standardizar o processo de inicialização: Reinicie estritamente de acordo com o manual de operação do equipamento. Verifique, em sequência, o estado do sistema de lubrificação, do sistema de refrigeração, do sistema de alimentação e do dispositivo de bloqueio, e inicie o motor principal após concluir a operação de reinicialização. Se o conversor de frequência indicar que a eletricidade induzida não foi liberada, desligue a fonte de alimentação principal e espere 5 a 10 minutos até que a eletricidade residual seja liberada antes de tentar reiniciar.
2. Inspecionar o circuito elétrico: Abra o gabinete de controle elétrico, verifique se os fusíveis estão intactos e substitua os fusíveis queimados (de acordo com o valor da corrente nominal). Limpe os contatos do contactor para resolver problemas de oxidação ou adesão. Use um multímetro para testar a continuidade dos cabos, reparar linhas danificadas e garantir uma instalação firme.
3. Proteção de bloqueio de liberação: Verifique os pontos de ativação do travão um por um. Inicie a bomba de óleo lubrificante e confirme que a pressão de óleo atinge o valor definido (geralmente 0,2-0,4 MPa), verifique a temperatura da água de resfriamento (controlada entre 30 e 50 °C), elimine o bloqueio da cabeça para reduzir a pressão, redefina o botão de parada de emergência e elimine o registro de proteção contra sobrecarga do motor.
4. Elimine o bloqueio mecânico: Se a bloqueio manual for difícil, isso indica um bloqueio mecânico. Pare a máquina para que esfrie, desmonte a cabeça e remova objetos estranhos ou materiais solidificados. Retire o parafuso para verificar a posição do bloco de ajuste e a fase do parafuso, corrija o problema de interferência e bloqueie manualmente a máquina para confirmar o funcionamento suave antes de reiniciar o motor após a reassemblagem.

II. Ruído anormal durante a operação do motor principal

(I) Fenômeno de falha

Abnormal noise occurs when the motor is running, including common types such as dull “humming” and “squeaking” friction sounds at the bearing position, or “cracking” discharge sounds from electrical parts. The noise may intensify with increasing speed, and be accompanied by machine vibration in severe cases.

(II) Análise da causa

1. Falha do rolamento do motor: O lubrificante de rolamentos insuficiente ou envelhecido e deteriorado, ou o desgaste das bolas dos rolamentos e a deformação dos anéis interno e externo, levam a um aumento da fricção durante a operação e geram ruído. A falta de precisão na instalação dos rolamentos e a falta de ajuste com o eixo do motor também podem causar vibração e ruído.
2. Falha do sistema de controle elétrico: A danificação de um elemento de tiristor no circuito de retificador de tiristor causa uma forma de onda de saída do retificador anormal e uma força eletromagnética desequilibrada dentro do motor, gerando ruído eletromagnético. Uma configuração incorreta de parâmetros ou danos no módulo do conversor de frequência também podem causar ruído anormal durante a operação do motor.
3. Eccentricidade da transmissão mecânica: Uma grande desvio de alinhamento entre o motor principal e a junta do redutor (excentricidade radial superior a 0,35 mm e excentricidade axial superior a 0,15 mm) gera vibrações e ruídos periódicos durante a operação. O desgaste e a fratura do bloco elástico da junta levam a uma transmissão de potência desigual e a ruídos de impacto.
4. Ruído de carga anormal: Mudanças bruscas na quantidade de alimentação e a plasticização desigual do material causam flutuações de torque da engrenagem, mudanças frequentes na carga do motor, resultando em velocidade instável e ruído. Um desgaste severo da engrenagem e a retenção de material no cilindro também levam a uma carga do motor desigual e a um ruído anormal.

(III) Soluções

1. Inspecionar e reparar os rolamentos do motor: Desmontar a tampa final do motor, verificar o estado dos rolamentos, remover a graxa envelhecida e adicionar nova graxa do modelo adequado (a quantidade de enchimento é de 1/2 a 2/3 do espaço interno do rolamento). Se o rolamento estiver desgastado ou deformado, substituí-lo diretamente por um rolamento do mesmo modelo. Certifique-se da precisão de instalação após a substituição e corrija a espaçamento de encaixe entre o rolamento e o eixo do motor.
2. Inspecionar o sistema elétrico: Testar o circuito de retificador de tiristor, medir a condutividade de cada elemento de tiristor com um multímetro e substituir o tiristor danificado. Verificar o estado do módulo do conversor de frequência e do capacitor, recalibrar os parâmetros do conversor de frequência (como a curva V/F e a frequência de portador) e reiniciar o conversor de frequência ou contatar pessoal profissional para manutenção, se necessário.
3. Corrigir a precisão de transmissão: Desmontar a junta, recalibrar a coaxialidade do motor principal e do redutor para garantir que a excentricidade radial e axial atenda aos requisitos do equipamento. Verificar o bloco elástico da junta, substituir peças desgastadas e quebradas e prender os parafusos de conexão para evitar a desvio de transmissão de potência.
4. Estabilizar a carga de operação: Verificar o sistema de alimentação, ajustar a estabilidade da velocidade do alimentador para evitar mudanças bruscas na quantidade de alimentação. Testar o estado de funcionamento de cada seção do aquecedor do cilindro, reparar os elementos de aquecimento danificados, ajustar a temperatura do processo para garantir a plasticização uniforme do material. Verificar o estado de desgaste da engrenagem, medir a espaçamento da engrenagem e substituir a engrenagem desgastada, se necessário.

III. Aumento excessivo da temperatura dos rolamentos principais do motor

(I) Fenômeno de falha

: A temperatura da parte do rolamento aumenta rapidamente quando o motor está em funcionamento, ultrapassando 70 ℃ (temperatura de operação normal ≤ 65 ℃), acompanhada de um toque quente. Em casos graves, é acionada a proteção térmica e o motor é desligado. Em alguns casos, o aumento de temperatura é acompanhado de ruído de rolamento.

(II) Análise da causa

1. Má lubrificação: Seleção inadequada do graxa de rolamento (como o uso de graxa comum em ambientes de alta temperatura), quantidade insuficiente de enchimento ou envelhecimento, deterioração e formação de depósitos da graxa após um longo período de uso, o que impede a formação de uma película de lubrificação eficaz, o que leva a um aumento do aquecimento por fricção.
2. Danos no rolamento ou instalação incorreta: O desgaste das bolas e gaiolas de rolamento, os arranhões e a deformação dos anéis internos e externos aumentam a resistência à fricção durante a operação e geram grande quantidade de calor. A instalação excessivamente apertada do rolamento, o espaço de ajuste muito pequeno em relação ao eixo do motor ou a mistura de impurezas durante a instalação causam travamentos e aquecimento durante a operação.
3. Falha do sistema de refrigeração: Damage or blade loss of the motor’s built-in cooling fan, or blockage of the cooling air duct, leads to poor heat dissipation. Blockage of the cooling water pipeline and insufficient water flow of the water-cooled motor cannot timely remove the heat generated by the bearing.
4. Carga excessiva: O motor opera sob sobrecarga por um longo período de tempo e as cargas radiais e axiais suportadas pelo rolamento excedem o valor nominal, o que resulta em aumento da fricção e do aumento da temperatura. O travamento da porca e a resistência excessiva do material aumentarão ainda mais a carga do motor e agravarão o aumento da temperatura do rolamento.

(III) Soluções

1. Otimizar o esquema de lubrificação: Substitua por uma graxa de alta temperatura adequada (como a graxa a base de lítio), de acordo com a temperatura de operação do equipamento (geralmente, a temperatura de operação do rolamento do motor do extrusor de parafusos duplos é de 50-65 °C). Limpe completamente a graxa envelhecida no interior do rolamento e adicione uma quantidade adequada de nova graxa, de acordo com o padrão, para evitar o enchimento excessivo ou insuficiente.
2. Inspecionar e substituir rolamentos: Desmontar o rolamento para inspeção. Se houver defeitos, como desgaste, deformação e arranhões, substituí-lo imediatamente por um rolamento do mesmo modelo e nível de precisão. Reinstalar o rolamento, ajustar a espaçamento de encaixe, garantir que não haja impurezas misturadas durante a instalação e prender os parafusos da tampa final com força uniforme.
3. Reparação do sistema de refrigeração: Verifique o ventilador de resfriamento, substitua o ventilador ou a asa danificados, limpe a poeira e os detritos no canal de ar para garantir uma ventilação suave. Para motores refrigerados a água, drene a tubulação de água de resfriamento, verifique o estado de funcionamento da bomba de água e ajuste a taxa de fluxo de água para garantir o efeito de resfriamento.
4. Reduzir a carga operacional: Ajuste os parâmetros do processo, reduza a quantidade de alimentação, otimize a velocidade do parafuso e evite a operação de sobrecarga a longo prazo do motor. Investigue as causas do travamento do parafuso e da resistência excessiva do material, remova objetos estranhos do tambor, repare parafusos desgastados e assegure que a carga esteja estável dentro do intervalo nominal.

IV. Corrente instável ou corrente de inicialização excessivamente alta do motor principal

(I) Fenômeno de falha

A corrente instável se manifesta por frequentes flutuações da corrente do motor exibida no painel de controle fora do intervalo normal (geralmente o valor de flutuação ≤ 5% da corrente nominal), acompanhada de uma velocidade do motor desigual. A corrente de inicialização excessivamente alta se manifesta pelo valor de inicialização que excede o valor nominal (geralmente ≥ 3 vezes o valor nominal), não iniciando normalmente ou tripando imediatamente após a inicialização.

(II) Análise da causa

1. Sistema de alimentação instável: Flutuações na velocidade do alimentador, nível insuficiente do tanque e desgaste do parafuso de alimentação levam a uma ingestão desigual de material no tambor, mudanças frequentes na carga do parafuso e, portanto, flutuações na corrente do motor. Uma quantidade de alimentação excessivamente grande causa um aumento repentino na carga de inicialização e em uma corrente de inicialização elevada.
2. Plasticização do material insuficiente: Danos a uma determinada seção do aquecedor do tambor e falha do sistema de controle de temperatura levam a uma plasticização desigual do material e a uma resistência local excessiva, resultando em flutuações na carga do motor. Um tempo insuficiente de aquecimento pré-inicialização e uma configuração de temperatura baixa causam insuficiente amolecimento dos materiais, torque excessivo do parafuso durante a inicialização e aumento da corrente de inicialização.
3. Falha do motor: Envelhecimento do isolamento do enrolamento do motor e curto-circuito local causam corrente desbalanceada durante a operação. Danos e lubrificação insuficiente dos rolamentos do motor aumentam a resistência operacional, exigindo uma carga maior para ser superada durante a inicialização e aumentando a corrente. Barras do rotor quebradas e enrolamentos do estator soltos do motor também podem causar corrente instável.
4. Falhas elétricas e de controle: Uma flutuação excessivamente grande da tensão de alimentação (que excede ± 5% da tensão nominal) leva a flutuações correspondentes na corrente do motor. Uma tensão de saída e uma frequência instáveis do conversor de frequência, ou falha do sensor de corrente em detectar com precisão os sinais de corrente, também se manifestam como corrente anormal.
5. Falha do sistema de parafusos: Desalinhamento dos pads de ajuste do parafuso e desvio de fase causam interferência de elementos e resistência operacional desigual. Desgaste grave do parafuso e arranhões na parede interna do tambor causam flutuações na resistência de transporte do material, levando a alterações na carga e na corrente do motor. A entrada de objetos estranhos duros no parafuso causa travamento durante a inicialização e um aumento repentino na corrente.

(III) Soluções

1. Estabilizar o sistema de alimentação: Inspecione o alimentador, ajuste o sistema de controle de velocidade e substitua o parafuso de alimentação desgastado. Verifique o nível adequado do tanque, instale um sensor de nível para obter alimentação automática e evite a alimentação desigual causada por flutuações de nível. Controle razoavelmente a quantidade de alimentação antes do início para evitar cargas excessivas.
2. Otimizar o processo de plastificação: Verifique cada seção do aquecedor de tambor, substitua os elementos de aquecimento e termopares danificados, calibre o sistema de controle de temperatura para garantir uma temperatura estável em cada seção dentro do intervalo definido. Estenda o tempo de aquecimento antes do início (geralmente 1 a 2 horas, de acordo com as especificações do equipamento) para garantir um amolecimento adequado do material e reduzir o torque de partida.
3. Inspecionar o corpo do motor: Utilize um megômetro para testar o desempenho de isolamento do enrolamento do motor, reparar o envelhecimento da isolação e os problemas de curto-circuito locais, e reenrolar o enrolamento, se necessário. Verifique o rolamento do motor, substitua as peças danificadas e adicione graxa. Verifique o estado do rotor e do estator, repare os barramentos quebrados e prenda os enrolamentos soltos.
4. Inspecionar o controle elétrico: Entre em contato com o departamento de alimentação para testar a tensão da rede, instale um estabilizador de tensão para garantir que a tensão esteja estável dentro do intervalo nominal. Verifique o estado de funcionamento do conversor de frequência, recalibre os parâmetros, substitua os módulos e condensadores danificados. Inspecione o sensor de corrente para garantir a detecção precisa do sinal.
5. Sistema de reparação de parafusos: Desmontar o parafuso, verificar a posição do bloco de ajuste e a fase do parafuso, e corrigir o problema de interferência entre os elementos. Medir a espaçamento entre o cilindro e o parafuso, substituir o parafuso desgastado, reparar a parte arranhada da parede interna do cilindro. Remover objetos estranhos duros do parafuso para garantir o transporte suave do material e reduzir a resistência operacional.

V. Medidas de prevenção de falhas e manutenção diária

1. Standardizar o processo de operação: Implemente rigorosamente os procedimentos de inicialização e desligamento de acordo com o manual do equipamento. Proibir operações ilegais, como ignorar as verificações de interligação e reduzir o tempo de aquecimento. Quando a máquina for desligada por mais de 8 horas, manipule os materiais no tanque para evitar o aumento da carga de inicialização devido ao resfriamento e solidificação.
2. Manutenção regular de lubrificação: Verifique o estado de lubrificação do rolamento do motor mensalmente e substitua a graxa a cada trimestre. Inspecione regularmente a bomba de óleo de lubrificação e a tubulação de pressão de óleo para garantir o funcionamento normal do sistema de lubrificação e a pressão de óleo estável dentro do intervalo definido.
3. Fortalecer a inspeção elétrica: Limpe o gabinete de controle elétrico semanalmente e verifique o estado dos fusíveis, contactores e cabos. Verifique o desempenho da isolamento das bobinas do motor e o estado de funcionamento do conversor de frequência mensalmente, e resolva prontamente os problemas de envelhecimento dos componentes e de contato deficiente.
4. Calibração mecânica regular: Calibrar a coaxialidade do acoplamento do motor principal e do redutor a cada seis meses e verificar o estado de desgaste do bloco elástico do acoplamento. Bloquear manualmente a máquina mensalmente para verificar o funcionamento suave do parafuso e desmontar para inspecionar o estado de desgaste do parafuso e do tambor anualmente.
5. Otimizar a gestão de materiais: Fortalecer a inspeção da matéria-prima para evitar a mistura de objetos metálicos estranhos e impurezas refratárias. Controle a umidade da matéria-prima para evitar a má plasticização e a flutuação da carga causada por materiais úmidos.

Conclusion: Main motor failures of twin-screw extruders are mostly caused by four factors: improper operation, poor lubrication, electrical failures, and abnormal load. Daily maintenance should balance operational standardization, regular maintenance and fault prediction. When a failure occurs, the problem should be located step by step in accordance with the principle of “first inspect the electrical circuit, then check the mechanical system; first perform no-load test, then load operation” to avoid secondary damage caused by blind disassembly. For complex failures (such as frequency converter module damage and winding burnout), it is recommended to contact the equipment manufacturer or professional technical personnel for maintenance to ensure safe and stable operation of the equipment.