UP850-N型切粒機(jī)切刀崩刃原因分析及處理方法

劉 煜， 文全國， 孫華麗， 張艷全， 王傳榮

(中國石油 獨(dú)山子石化分公司， 新疆 獨(dú)山子 833699)

UP850-N型切粒機(jī)是某單位聚乙烯生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。聚乙烯粉料與添加劑混合態(tài)進(jìn)入擠壓機(jī)筒體，在高溫下被擠壓熔融，擠壓機(jī)的功能是將熔融的聚乙烯混煉、升壓，經(jīng)排料閥、齒輪泵及篩網(wǎng)進(jìn)入模板切粒[1]。切粒機(jī)的作用是將從擠壓機(jī)模板擠出的190 ℃左右的聚乙烯樹脂長條在60～70 ℃的水下進(jìn)行冷卻，并用24把不停旋轉(zhuǎn)的切刀將其切割成長度(2.5±0.5)mm、直徑3.2～4.5 mm的圓柱體小顆粒[2]，圓柱體小顆粒被循環(huán)水帶至干燥器干燥后再送去包裝。

UP850-N型切粒機(jī)由日本神戶制鋼廠制造，最大生產(chǎn)能力48 t/h，電機(jī)功率180 kW，轉(zhuǎn)速150～450 r/min。該切粒機(jī)由模板、水室、切刀和刀架4部分組成，外觀見圖1。

圖1 UP850-N型切粒機(jī)外觀圖

切粒機(jī)運(yùn)行中切刀頻繁發(fā)生故障，統(tǒng)計(jì)歷次檢修情況發(fā)現(xiàn)，自2017年下半年以來，切粒機(jī)總共更換切刀12次，其中切刀崩刃9次，甚至出現(xiàn)1次磨刀過程中連續(xù)4次切刀崩刃的情況。檢查切粒機(jī)齒套聯(lián)軸器對中數(shù)據(jù)，其同心度0.06 mm、外圓0.08 mm，符合同心度不大于0.1 mm、外圓不大于0.1 mm要求[3]。檢查刀軸與模板垂直度，符合垂直度每100 mm不大于0.03 mm的要求[4]，可以排除切粒機(jī)對中不良及刀盤與模板垂直度超標(biāo)引起切刀崩刃的可能性。切刀崩刃故障嚴(yán)重制約了機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行，成為亟待解決的難題。文中對切刀崩刃原因進(jìn)行分析，并提出了對應(yīng)的解決措施。

1 切刀崩刃原因分析

1.1 切刀進(jìn)刀風(fēng)壓不變化

切粒機(jī)生產(chǎn)廠家技術(shù)要求中進(jìn)刀風(fēng)壓控制標(biāo)準(zhǔn)為0.36～0.40 MPa[4]，實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)刀風(fēng)壓一直維持在0.36 MPa。但裝置經(jīng)常切換生產(chǎn)不同牌號的產(chǎn)品，生產(chǎn)低熔融指數(shù)牌號和高熔融指數(shù)牌號產(chǎn)品時(shí)，物料硬度會發(fā)生改變。一般地，熔體質(zhì)量流動速率越低的聚乙烯塑料，熔融料硬度越大，對切刀刀刃的摩擦較大[5]。根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的壓力、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷的平衡圖得知，進(jìn)刀風(fēng)壓應(yīng)隨生產(chǎn)物料的硬度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整[6]，而實(shí)際風(fēng)壓一直為0.36 MPa，一旦出現(xiàn)壓力波動或者負(fù)荷變化，切刀與模板瞬間產(chǎn)生間隙，形成墊刀現(xiàn)象[7]，造成切刀崩刃(圖2)。

圖2 墊刀造成切刀根部崩刃

1.2 未執(zhí)行切刀安裝標(biāo)準(zhǔn)

切刀的平面度指切刀盤上各切刀的高矮程度，是影響切刀使用壽命的重要因素，要求每把切刀都在同一平面上[8]。切刀安裝標(biāo)準(zhǔn)中要求每次更換備刀前必須檢查修理切刀刀盤表面的毛刺，清理刀盤內(nèi)孔，對每把切刀，應(yīng)檢查頭部、中部、根部3個(gè)點(diǎn)，刀盤平面度最大誤差應(yīng)不大于±0.02 mm。

切粒機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)過纏刀等現(xiàn)象，造成刀盤發(fā)生部分變形，而現(xiàn)場檢修人員檢查刀盤平面度時(shí)，只檢查中間或距切刀根部2/3處的平面度，造成刀盤整體平面度超差。切刀組裝后抽查部分切刀的刀盤平面度，具體數(shù)據(jù)見表1。由表1可以看出，8把切刀的平面度超出切刀安裝標(biāo)準(zhǔn)要求的誤差范圍，最大達(dá)到0.15 mm。刀盤平面度超差造成切刀與模板貼合不好，在磨刀過程中出現(xiàn)墊刀現(xiàn)象，進(jìn)而造成崩刃。

表1 部分切刀刀盤平面度抽查數(shù)據(jù) mm

1.3 切刀材質(zhì)不符合工藝要求

切刀與模板接觸，切刀刀刃與模板切粒面之間形成一對剪切刃，切刀材料質(zhì)量對其壽命影響較大[9]。該切粒機(jī)切刀由沈陽金峰刀具制造有限公司生產(chǎn)，刀體材質(zhì)為3Gr13不銹鋼，刀刃材質(zhì)為鎳基碳化鈦。鎳基碳化鈦的硬度為55～57HRC、摩擦因數(shù)為0.245。對于較硬的物料，摩擦因數(shù)應(yīng)不超過0.18，而鎳基碳化鈦摩擦因數(shù)過大造成切刀的磨損速度加快，出現(xiàn)切刀崩刃。

對幾次崩刃的切刀進(jìn)行抽查編號，檢查其平面度磨痕深度及硬度，結(jié)果見表2。

表2 崩刃切刀平面度及硬度檢查數(shù)據(jù)

分析表2數(shù)據(jù)可知，崩刃破壞了切刀整體內(nèi)應(yīng)力的平衡狀態(tài)，使切刀發(fā)生變形，進(jìn)而在根部發(fā)生斷裂或產(chǎn)生裂紋。

1.4 磨刀時(shí)切刀的進(jìn)刀風(fēng)壓不合適

磨刀時(shí)切刀進(jìn)刀分壓第一次為0.28 MPa，第二次為0.38 MPa，甚至可以達(dá)到0.42 MPa，不符合磨刀壓力要求。結(jié)合磨刀過程中發(fā)生的切刀崩刃現(xiàn)象，現(xiàn)場查看磨痕發(fā)現(xiàn)切刀根部出現(xiàn)異常磨損。切刀與模板之間存在墊刀料，墊刀料與切刀磨損，致使磨痕粗糙[10]。從切刀的磨痕看出，磨刀壓力稍大造成了切刀根部受力過大，致使局部摩擦過熱，產(chǎn)生刀刃發(fā)藍(lán)退火現(xiàn)象，造成切刀根部崩刃。

2 切刀崩刃處理方法

2.1 優(yōu)化轉(zhuǎn)速與進(jìn)刀壓力關(guān)系曲線

切刀對模板的壓力會對切刀的使用壽命和粒料形狀產(chǎn)生關(guān)鍵影響[11]。切粒機(jī)軸與液壓缸相連，可以通過增大或減小液壓來控制軸的進(jìn)給量，從而控制切刀對模板的壓力。在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，切刀受到5個(gè)不同的壓力(圖3)，使得切刀緊貼在模板上，才能使切粒機(jī)正常運(yùn)行。

圖3 切粒機(jī)運(yùn)行時(shí)切刀受力情況

切刀對模板的壓力px=p1+p2-(p3+p4+p5)[12]。式中，p1為進(jìn)刀油壓力，p2為切刀在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的前進(jìn)力，p3為退刀風(fēng)壓力，p4為切粒水對切刀向后的阻力，p5為模板擠出的物料的反向推力，MPa。

若px過小，切粒刀磨損后不能進(jìn)行有效補(bǔ)償，切削料會產(chǎn)生帶尾，碎末料增多嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生掛料粘刀、崩刃事故。若px過大，會使切粒刀和模板間摩擦力增大，降低切粒刀壽命[13]。考慮開車時(shí)切刀進(jìn)刀壓力0.37～0.38 MPa，結(jié)合px與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系曲線，對生產(chǎn)不同熔融指數(shù)牌號產(chǎn)品時(shí)切刀對模板的壓力進(jìn)行標(biāo)定，結(jié)果見表3。

表3 切刀對模板的壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系

切刀進(jìn)刀風(fēng)壓與切刀轉(zhuǎn)速是否匹配將直接影響切刀的使用壽命[14]，操作時(shí)一定要根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的不同類型、不同牌號及不同負(fù)荷等實(shí)際情況確定適宜的風(fēng)壓與切粒機(jī)轉(zhuǎn)速，使切刀與模板面保持恒定壓力，保證切粒機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，有效防止切刀崩刃。

2.2 嚴(yán)格執(zhí)行切刀安裝檢修規(guī)程

檢查和處理刀盤時(shí)必須保證刀盤面清潔、光滑、無毛刺，切刀與刀盤是通過內(nèi)六角螺栓緊固相連的，螺栓分內(nèi)外螺栓分布，上緊的順序是先外后內(nèi)，保持一致[15]，防止切刀平面度超差。在不同部位對刀盤的平面度進(jìn)行檢查，誤差不得超過0.03 mm。將切刀緊固于刀盤上，放置在平臺上并安裝好百分表，將每把切刀進(jìn)行1～24的編號，檢查每把切刀頭部、中部、根部3個(gè)點(diǎn)的平面度，將刀盤旋轉(zhuǎn)1圈記錄數(shù)據(jù)，最大與最小數(shù)據(jù)之差要控制在0.03 mm以下。若超過此數(shù)值，需在切刀與刀盤接觸面之間加減墊片進(jìn)行調(diào)整。

此外，需嚴(yán)格執(zhí)行檢修作業(yè)全過程控制卡制度，通過檢修作業(yè)動作卡來約束檢修人員的檢修行為，使所有的切刀更換工作均能掌控及追溯，從而保證每次檢修的數(shù)據(jù)控制在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。

2.3 更換切刀材質(zhì)

切刀是唯一與模板接觸的元件，其質(zhì)量直接決定著其與模板之間的磨損狀況[16]。根據(jù)切粒機(jī)工藝參數(shù)及產(chǎn)品牌號，經(jīng)與生產(chǎn)廠家協(xié)商，將切刀刀體材質(zhì)改為13-TiC，刀刃材質(zhì)改為鐵基碳化鈦[17]。同時(shí)調(diào)整刀刃的燒結(jié)配方，以降低脆性、提高韌性，從而提高切刀的耐沖擊性。將刀刃寬度由2 mm增大至2.3 mm，以增加切刀極限受力，降低開裂、崩刃發(fā)生頻次。更換材質(zhì)后刀刃硬度在60～62HRC，滿足工藝要求。

2.4 嚴(yán)格執(zhí)行磨刀操作規(guī)程

嚴(yán)格按以下步驟磨刀：①切粒機(jī)啟動前檢查切粒機(jī)軌道，清理異物。②合上鎖緊切粒機(jī)，水室通水，啟動電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為300 r/min。③調(diào)整風(fēng)壓使切刀與模板貼緊，間隙為0。④磨刀約15 min，觀察切粒機(jī)上的百分表是否有變化。若無變化，則每次提高分壓0.02 MPa，重復(fù)操作，直至百分表讀數(shù)為0.05～0.1 mm時(shí)，即為磨刀量。⑤排放熱水，脫開水室。⑥確認(rèn)沿整個(gè)切刀均有明顯的磨痕。若有切刀未磨到，則需第2次磨刀。第2次磨刀的磨刀壓力應(yīng)比第1次磨刀停止時(shí)的壓力大0.02 MPa，壓力不能一次提升太多，否則會使根部受力過大，造成根部崩刃。

3 結(jié)語

對UP850-N型切粒機(jī)切刀崩刃原因進(jìn)行了分析，從不同方面提出了切刀崩刃處理方法。按文中措施處理后至今再未出現(xiàn)過切刀崩刃的問題，為切粒機(jī)的安全、平穩(wěn)、高質(zhì)量運(yùn)行提供了保障。