Как ключевое оборудование в таких областях, как переработка резины и пластмасс и подготовка композитных материалов, двухвинтовые экструдеры часто испытывают неисправности из-за аномалий в основных узлах, включая систему электропривода, систему загрузки, систему нагрева и пластификации, систему смазки и передачи, а также вспомогательные устройства. Ниже подробно проанализированы основные причины различных типичных неисправностей с учетом конструкции оборудования и принципа его работы.
I. Причины неисправностей системы электропривода
1. Главный двигатель не запускается
- Аномальный порядок эксплуатации: последовательность запуска не соответствует регламенту оборудования, например, запуск главного двигателя до включения насоса смазочного масла и системы охлаждения или без завершения процесса предварительного нагрева, что активирует механизм блокировки защиты оборудования; для некоторых видов оборудования требуется сначала сбросить коды исторических неисправностей, и невыполнение этого условия предотвращает запуск.
- Неисправности цепей и компонентов: перегорание предохранителей и автоматических выключателей в цепи главного двигателя, окисление, залипание или неспособность замкнуться контактов контакторов; неправильные настройки параметров частотного преобразователя, неснятое остаточное напряжение на частотном преобразователе или повреждение одного или нескольких тиристоров в цепи тиристорного выпрямителя и неисправности в цепи управления (триггерной цепи), приводящие к разрыву цепи питания или аномальным сигналам привода; старение кабелей и повреждение изоляционных слоев, вызывающие короткие замыкания, также могут блокировать подачу питания.
- Сработавшие защитные устройства: кнопка аварийного останова не сброшена, обрыв цепи аварийного останова, неснятые блокировки, связанные с главным двигателем (например, защита по температуре масла, давлению масла и степени вакуума); ошибки в программе ПЛК, неисправности модулей связи в системе управления или прерывание передачи сигналов между человеко-машинным интерфейсом (HMI) и контроллером, блокирующие выдачу команд запуска; невыполнение ручного сброса реле перегрузки двигателя и теплового реле после их срабатывания также ограничивает запуск.
2. Аномальная работа главного двигателя (аномальный шум, чрезмерный нагрев, нестабильный ток)
- Причины аномального шума: сильный износ подшипников электродвигателя, отслоение шариков или сухая смазка, приводящие к шуму трения и ударам вращающихся компонентов; дисбаланс трехфазного тока двигателя, вызванный неисправностями цепи тиристорного выпрямителя, генерирующий электромагнитный шум во время работы; поломка стержней ротора и короткие замыкания в обмотках статора двигателя также могут сопровождаться аномальным электромагнитным шумом вместе с усилением вибрации.
- Чрезмерный нагрев подшипников: недостаточное количество, ухудшение качества или несоответствие смазки для подшипников, неспособной образовать эффективную масляную пленку; длительная работа подшипников в режиме перегрузки и неправильные монтажные зазоры (слишком тугие или слишком свободные), приводящие к усилению износа и выделению тепла трения; повреждение вентиляторов охлаждения и засорение каналов отвода воздуха, снижающие эффективность теплоотвода подшипников и вызывающие непрерывный рост температуры.
- Нестабильный ток: колебания количества подаваемого материала и чрезмерная влажность материалов (быстрое испарение влаги при нагреве), приводящие к неравномерной нагрузке; выход из строя участка нагревателя и большое отклонение в регулировании температуры, вызывающие колебания степени пластификации материала и увеличение флуктуаций нагрузки двигателя; смещение регулировочных шайб винта и фазовое отклонение, приводящие к взаимному вмешательству компонентов и генерации периодических ударных нагрузок; нестабильная выходная частота частотного преобразователя и поломка стержней ротора двигателя также могут вызывать колебания тока.
II. Причины неисправностей системы загрузки
1. Колебания давления в головке экструдера
- Недостаточная точность управления скоростью главного двигателя и запаздывание реакции регулирования скорости частотного преобразователя, приводящие к нестабильной скорости транспортировки винта; колебания скорости двигателя подачи и чрезмерный износ редуктора, вызывающие неравномерную подачу материала, нарушение материального баланса экструзионной системы и провоцирующие периодические изменения давления в головке; чрезмерный зазор между питателем (загрузочным шнеком) и цилиндром, а также изменения объема утечки материала также могут усугублять колебания давления.
- Застревание материала внутри питателя и образование сводов в бункере (особенно склонны к этому порошкообразные и вязкие материалы), приводящие к прерывистой или неравномерной подаче; неисправности датчика уровня в бункере, неспособного своевременно передавать изменения количества материала и корректировать подачу материалов или скорость подачи вовремя; чрезмерная разница в размере частиц материала и неравномерное смешивание также могут влиять на стабильность подачи, тем самым вызывая колебания давления в головке.
2. Резкое падение производительности экструзии
- Механические неисправности системы загрузки, такие как износ и деформация загрузочного шнека, износ и заклинивание передаточных шестерен и цепей или ослабление муфт; недостаточное количество материала в бункере без своевременного пополнения и отказ датчика уровня срабатывать с предупреждением; неисправности перемешивающего устройства в бункере питателя (например, заклинивание лопастей мешалки и повреждение двигателя), приводящие к комкованию материала и невозможности его падения, что в конечном итоге вызывает прерывание или резкое сокращение подачи материала.
- Попадание металлических обломков и твердых посторонних предметов (таких как болты и частицы примесей) в экструзионную систему, заклинивание винта и препятствование транспортировке материала, приводящие к резкому падению производительности экструзии или даже нулевой производительности; износ и поломка элементов шнека или сильный износ внутренней стенки цилиндра, приводящие к значительному снижению эффективности транспортировки материала; сильное засорение фильтров головки без своевременной замены и чрезмерное противодавление, препятствующее экструзии материала, также могут вызывать падение производительности экструзии.
III. Причины неисправностей системы нагрева и пластификации
1. Неравномерная экструзия из головки или засорение
- Неисправности нагревателей: перегорание, плохой контакт и окислительное ослабление клеммных колодок участка нагревательной катушки, или выход из строя твердотельного реле (SSR) и повреждение тиристора, приводящие к недостаточной температуре в соответствующей зоне, неполной пластификации материалов и накоплению и засорению полурасплавленных материалов в головке; накипь и накопление материала на поверхности нагревательной катушки, плохой теплоотвод, приводящий к снижению эффективности нагрева, также могут косвенно влиять на эффект пластификации.
- Неправильные технологические параметры: низкая заданная рабочая температура, чрезмерная скорость нагрева (большая разница температур внутри и снаружи материала, недостаточное плавление) или широкое молекулярно-массовое распределение и плохая термическая стабильность материалов, затрудняющие формирование однородного расплава; смешивание неплавящихся посторонних предметов (таких как комки пластика и металлические примеси) с материалами, которые не могут пройти через фильтр головки; чрезмерная температура головки, вызывающая деградацию и карбонизацию материала, прилипание к внутренней стенке головки и образование засора.
2. Аномальное регулирование температуры
- Неконтролируемый рост температуры: неисправности и отклонения калибровки регуляторов температуры (термопар, термосопротивлений), приводящие к искажению измерения температуры; залипание твердотельных реле и оплавление контактов контакторов, которые не могут разомкнуться, вызывающие непрерывную работу нагревателя и превышение заданной температуры; засорение электромагнитных клапанов, неисправности обратных клапанов и повреждение водяных насосов в системе охлаждения, приводящие к блокировке или недостаточному потоку охлаждающей воды и невозможности своевременно отводить избыточное тепло; неправильная настройка параметров ПИД-регулятора в системе контроля температуры и запаздывание реакции, приводящие к перерегулированию температуры и потере управления.
- Недостижение заданной температуры: поломка термопар, ослабление проводки или плохой контакт, приводящие к аномальной передаче температурного сигнала и отображению на регуляторе температуры сигналов «HH» (обрыв) или «LL» (короткое замыкание); недостаточная мощность нагревателя, чрезмерное повреждение нагревательных катушек или низкое напряжение питания, приводящие к недостаточной эффективности нагрева; чрезмерное охлаждение системы охлаждения (например, слишком большой поток охлаждающей воды и слишком низкая температура охлаждения), делающее фактическую температуру ниже заданного значения; повреждение и отслоение изоляционного слоя цилиндра, быстрая потеря тепла и трудность поддержания заданной температуры.
IV. Причины неисправностей системы смазки и передачи
1. Низкое давление смазочного масла
- Неправильные настройки системы: заданное значение давления регулирующего клапана в контуре смазочного масла ниже требований эксплуатации оборудования, или износ и заклинивание золотника регулирующего клапана, делающие невозможной нормальную регулировку давления; неисправности переливного клапана, приводящие к чрезмерному переливу масла и неспособности поддерживать давление в системе.
- Механические неисправности: износ масляного насоса, сильная внутренняя утечка или недостаточная скорость двигателя масляного насоса, приводящие к недостаточному потоку подачи масла и давлению; засорение всасывающей трубы и несвоевременная очистка фильтра (чрезмерное накопление примесей), препятствующие циркуляции масла и вызывающие плохую подачу; недостаточное количество смазочного масла, ухудшение качества масла (смешанное с примесями и влагой) и несоответствие класса вязкости, приводящие к снижению эффекта смазки и влияющие на стабильность давления масла; старение масляных шлангов и износ уплотнений соединений, приводящие к утечке масла и падению давления в системе.
2. Поломка срезного пальца/предохранительной шпонки
- Перегрузка крутящего момента экструзионной системы: попадание металлических посторонних предметов и крупных непластифицированных материалов в цилиндр, заклинивание винта и резкий рост нагрузки; недостаточное время предварительного нагрева и недостижение заданной температуры, плохая текучесть материала и резкое увеличение сопротивления транспортировке шнеком; внезапное чрезмерное количество подачи, превышающее номинальную производительность оборудования, приводящее к перегрузке по крутящему моменту; неправильная сборка и сильное взаимное вмешательство элементов шнека, чрезмерное сопротивление трению во время работы и внезапный скачок крутящего момента.
- Отклонения при монтаже: несоосность соединения между главным двигателем и входным подшипником, а также редуктором, генерирующая дополнительные радиальные силы и крутящий момент во время работы, превышающие несущую способность защитных элементов; износ и ослабление муфты, неравномерная передача крутящего момента во время работы и чрезмерные локальные напряжения; износ шестерен редуктора и чрезмерный зазор зацепления, приводящие к нестабильной передаче крутящего момента и ударным нагрузкам, вызывающим поломку срезного пальца/предохранительной шпонки.
V. Причины неисправностей вспомогательных устройств
1. Медленная или неудачная работа автоматического сменщика фильтров
Недостаточное давление воздуха/масла (недостаточное давление компрессора, низкий уровень масла в гидростанции) или износ и старение уплотнений цилиндров и гидроцилиндров, приводящие к утечке воздуха/масла и неспособности обеспечить достаточную движущую силу; неисправности управления системой питания сменщика фильтров (например, залипание электромагнитных клапанов и неисправность конечных выключателей), влияющие на скорость реакции действия; сильное засорение сетки фильтра, чрезмерное сопротивление при смене фильтра, приводящее к медленному действию; износ и накопление материала на направляющей механизма смены фильтров, заклинивание подвижных компонентов, которые также могут вызывать отказ действия или заклинивание.
2. Недостаточная степень вакуума или ее потеря
Неисправности вакуумного насоса (износ лопаток, утечка уплотнений, недостаточная скорость двигателя), приводящие к снижению производительности откачки; плохая подача циркуляционной воды и плохой эффект охлаждения, активирующие защиту от перегрева вакуумного насоса и влияющие на поддержание отрицательного давления; утечка воздуха из вакуумных трубопроводов (плохое уплотнение соединений, поврежденные трубы) и засорение фильтров (накопление конденсата летучих веществ материала), приводящие к проникновению воздуха или плохой работе воздушной цепи; неспособность материалов сформировать замкнутую полость или плохая герметизация загрузочного отверстия, позволяющая внешнему воздуху попадать внутрь и разрушать отрицательное давление; чрезмерное количество летучих веществ в материале, превышающее производительность вакуумного насоса, также может вызывать недостаточную степень вакуума.
VI. Другие типичные причины неисправностей
Аномальный шум во время работы оборудования чаще всего вызван повреждением подшипников, износом шестерен (плохое зацепление и отсутствие масла в шестернях редуктора), трением между винтом и цилиндром из-за попадания посторонних предметов в цилиндр и ослаблением ударов элементов шнека; чрезмерный зазор между цилиндром и винтом и сильное трение материалов в зазоре также могут генерировать аномальный шум. Поломка и неравномерный цвет экструдированных изделий могут быть связаны с износом винта (снижение способности смешивания и транспортировки материала), неправильной установкой ножей (износ кромки лезвия, неравномерная скорость), неравномерным смешиванием материалов (отклонение в соотношении рецептуры, недостаточное время смешивания) или деградацией материала из-за чрезмерной температуры; засорение выходного отверстия головки и нестабильная скорость тяги также могут вызывать поломку изделия. Кроме того, взаимное вмешательство компонентов, вызванное несоосностью регулировочных шайб винта и фазовым отклонением, приведет к нестабильной работе оборудования и усилению вибрации, что не только влияет на качество продукции, но и ускоряет износ передаточных компонентов, таких как подшипники и шестерни, формируя порочный круг.
