0、引言
中國(guó)鋁業(yè)某公司炭素廠500 t殘極
破碎機(jī)是電解鋁用陽(yáng)極生產(chǎn)中的重要設(shè)備之一，其作用是將陽(yáng)極生產(chǎn)中的殘次陽(yáng)極塊破碎后，與陽(yáng)極原料混合后再次利用。此設(shè)備的生產(chǎn)能力、工作穩(wěn)定性和運(yùn)行可靠性對(duì)陽(yáng)極生產(chǎn)起重要作用。自500 t殘極破碎機(jī)安裝后，一直未達(dá)到設(shè)計(jì)能力，主要問(wèn)題包括：主缸加壓無(wú)力，速度過(guò)慢，甚至不能破碎陽(yáng)極塊；輔助缸回程速度慢，曾發(fā)生由于主缸不能退回而造成設(shè)備停用事件。遂對(duì)該破碎機(jī)的原液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，提出改進(jìn)措施，并按最低成本的原則對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行了部分改進(jìn)。
1、500 t殘極破碎機(jī)液壓系統(tǒng)組成、特點(diǎn)及工作原理
1.1液壓系統(tǒng)的組成
500 t殘極破碎機(jī)液壓系統(tǒng)主要由液壓站、軌道及其潤(rùn)滑系統(tǒng)、主缸、充液閥、油缸、管路和電氣控制系統(tǒng)等組成，其中液壓站由箱體、泵機(jī)組和閥組等組成（見(jiàn)圖1），泵機(jī)組由兩臺(tái)柱塞泵和兩臺(tái)四極電機(jī)組成；電氣控制箱體由操作臺(tái)和控制柜等組成，電氣系統(tǒng)采用PLC控制。
1.2液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)
500 t殘極破碎機(jī)液壓系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，工作壽命長(zhǎng)；共配置兩臺(tái)柱塞泵，一備一用，亦可兩臺(tái)泵同時(shí)工作；油泵采用Parker生產(chǎn)的定量柱塞泵，噪音小，工作性能穩(wěn)定；便用壽命將比傳統(tǒng)的齒輪泵提高二倍以上。閥件全部采用Parker原裝疊加閥，集中安裝，體積小，外觀整齊，鋼管采用精密無(wú)縫鋼管，油管接口少，泄漏點(diǎn)少。
1.3原液壓系統(tǒng)工作原理
圖2所示為500t殘極破碎機(jī)的部分液壓系統(tǒng)原理圖。主控制回路為插裝閥結(jié)構(gòu)，兩臺(tái)手動(dòng)變量泵為系統(tǒng)供油，由插裝溢流閥實(shí)現(xiàn)兩級(jí)壓力控制（輔助缸快進(jìn)和快退為低壓，主缸加壓破碎為高壓）。主缸為單作用柱塞缸，輔助缸為雙作用活塞缸，采用分流集流閥，實(shí)現(xiàn)兩缸的同步運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)主缸快進(jìn)和快退；主缸與輔助缸一起實(shí)現(xiàn)加壓破碎。充液閥由雙作用活塞缸控制開(kāi)啟與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)主缸快進(jìn)時(shí)的充液與快退時(shí)向油箱排液。充液閥開(kāi)啟與關(guān)閉的動(dòng)作由一級(jí)疊加閥控制，控制壓力取自主控制回路。其中充液閥的作用是利用其內(nèi)部的活塞桿開(kāi)啟閥口，從而保證側(cè)缸在快速前進(jìn)或后退時(shí)，主油缸隨之從油箱里大量吸油或排油。當(dāng)活塞桿下降、關(guān)閉閥口時(shí)，壓力油順利通過(guò)充液閥進(jìn)入主油缸，推動(dòng)主柱塞進(jìn)行破碎工作。為消除油缸和流液閥中的氣體，在充液閥頂部裝有排氣閥。
破碎機(jī)的自動(dòng)循環(huán)動(dòng)作通過(guò)PLC來(lái)控制。
2、問(wèn)題與故障分析
500t殘極破碎機(jī)原有液壓系統(tǒng)部件陳舊老化，壓力不穩(wěn)定，速度慢，泄漏嚴(yán)重，液壓閥個(gè)體較大、笨重，液壓閥為板式連接，給維護(hù)檢修帶來(lái)極大不便，且工作效率低，自動(dòng)化程度低。破碎一塊廢陽(yáng)極需用時(shí)7～8 min。
(1)主缸加壓無(wú)力，經(jīng)分析，速度過(guò)慢的原因?yàn)樵诳毂呸D(zhuǎn)加壓過(guò)程中，由于主油路瞬間失壓，導(dǎo)致控制油路無(wú)壓，造成充液閥不能完全關(guān)閉所致。因?yàn)榧訅簳r(shí)充液閥必須完全關(guān)閉，才能保證主缸中建立起與負(fù)載對(duì)應(yīng)的壓力，而當(dāng)充液閥不能完全關(guān)閉時(shí)，將造成液壓泵供油中的一部分經(jīng)充液閥返回油箱，主缸速度必然過(guò)慢；自然無(wú)法建立起足夠的壓力，導(dǎo)致不能破碎陽(yáng)極塊。
(2)輔助缸回程速度慢，主要原因是充液閥不能完全開(kāi)啟，主缸回油不暢；主缸不能退回的原因是充液閥沒(méi)有開(kāi)啟，主缸無(wú)法排油。
3、故障排除和系統(tǒng)改進(jìn)
原系統(tǒng)設(shè)計(jì)中控制充液閥動(dòng)作的控制油路壓力取自主油路，主油路中油壓力的變化將直接影響控制油路的壓力。為排除故障，采用了最簡(jiǎn)單的辦法，即調(diào)整PLC程序，在快進(jìn)轉(zhuǎn)加壓的過(guò)程中，將控制主缸加壓的插裝閥之先導(dǎo)電磁閥延遲幾秒鐘開(kāi)啟，待控制壓力使充液閥關(guān)閉后再開(kāi)啟插裝閥。經(jīng)幾次試驗(yàn)，最終確定推遲2s即可達(dá)到正常加壓、破碎陽(yáng)極塊的目的。
同樣，輔助缸回程的轉(zhuǎn)換時(shí)間點(diǎn)延遲進(jìn)行，待控制壓力使充液閥完全開(kāi)啟后，再開(kāi)啟插裝閥，使輔助快速退回。但在采取上述措施后，系統(tǒng)仍存在輔助缸回程速度較慢的問(wèn)題。
為了徹底解決問(wèn)題，對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行如下改進(jìn)：在控制油路中加設(shè)蓄能器，以維持控制油路的壓力，保證充液閥的正常動(dòng)作（完全開(kāi)啟或關(guān)閉）。
從最低成本的原則出發(fā)，在疊加閥組中增加一疊加塊，引出旁通油路與蓄能器(工作體積為11)相連（見(jiàn)圖3）。
液壓系統(tǒng)改進(jìn)后，當(dāng)主油路壓力升高時(shí)，蓄能器可以蓄壓，當(dāng)主油路壓力降低時(shí)，蓄能器維持控制油路的壓力使之不致喪失，從而保證了充液閥的完全開(kāi)啟或關(guān)閉。將改進(jìn)后的系統(tǒng)安裝使用后，取得了預(yù)期的效果。快進(jìn)、加壓、快退工況轉(zhuǎn)換正確，輔助缸回程速度明顯加快，提高了生產(chǎn)效率。現(xiàn)已正常運(yùn)行4個(gè)月，解決了長(zhǎng)期困擾炭素廠殘極積壓的問(wèn)題。
改進(jìn)前后液壓系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)：
工作壓力 15 MPa
額定壓力 42 MPa
工作流量 （單泵）163 L/min
泵轉(zhuǎn)速 1480 r/m/n
供料缸在單泵工作時(shí)工作參數(shù)：
前進(jìn)時(shí)速度v進(jìn)=200 mm/s
流量Q進(jìn)=141 Umin
后退時(shí) 速度v退=200 mm/s
流量Q退=99 Umin
推料缸在單泵工作時(shí)工作參數(shù)：
前進(jìn)時(shí)速度v進(jìn)=300 mm/s
流量Q進(jìn)=220 L/min
后退時(shí)速度V退=300 mm/s
流量Q退=152 L/min
副油缸尾部采用球鉸結(jié)構(gòu)；在單泵工作時(shí)工作參數(shù)：
前進(jìn)時(shí)速度v進(jìn)=300 mm/s
流量Q進(jìn)=141 L/min
后退時(shí)速度V退=300 mm/s
流量Q退=99 L/min
4、結(jié)論
在500 t殘極破碎機(jī)液壓系統(tǒng)的改造過(guò)程中，使用了國(guó)產(chǎn)蓄能器和液壓閥等液壓元件，全部改造費(fèi)用不到一萬(wàn)元。改造內(nèi)容包括使用了充液閥，更新了滑道及增加滑道的自動(dòng)潤(rùn)滑裝置，同時(shí)增加了該設(shè)備的自動(dòng)冷卻裝置，大大提高了液壓系統(tǒng)的使用性能，解決了原生產(chǎn)中存在的諸多問(wèn)題，使該破碎機(jī)破碎時(shí)間減少為4 min/塊，效果良好。目前該液壓系統(tǒng)工作正常。
