在電解鋁用碳陽(yáng)極生產(chǎn)廠中，500 t油壓
破碎機(jī)是十分重要的設(shè)備，它是用來破碎不合格的生、熟陽(yáng)極塊的。破碎機(jī)主要由擠壓裝置、液壓站及管路系統(tǒng)等三部分組成。其碎料程序是：
當(dāng)起重機(jī)將需要破碎的碳?jí)K送到擠壓裝置后，兩個(gè)側(cè)部油缸動(dòng)作，帶動(dòng)沖頭前進(jìn)，同時(shí)打開充液閥，油箱的油便被吸入主油缸一柱塞缸的后腔；當(dāng)沖頭觸及碳?jí)K后，油壓開始上升，當(dāng)壓力達(dá)到壓力繼電器設(shè)定值時(shí)，側(cè)部油缸停止前進(jìn)，延時(shí)后自動(dòng)關(guān)閉充液閥并接通高壓油，由主油缸加壓前進(jìn)；當(dāng)油壓達(dá)到設(shè)定值后，保壓一段時(shí)間，使碳?jí)K充分破碎，同時(shí)油壓開始下降；當(dāng)壓力低于設(shè)定值時(shí)，側(cè)部油缸開始帶動(dòng)沖頭后退，并自動(dòng)打開充液閥，主缸內(nèi)的油流回油箱；當(dāng)沖頭碰到限位開關(guān)后，側(cè)部油缸停止后退；延時(shí)后，松料油缸自動(dòng)前進(jìn)，將破碎后的料推回?cái)D壓室中央。此時(shí)細(xì)料經(jīng)格篩漏下，大塊料仍留在篩上；當(dāng)料油缸碰到前部限位開關(guān)后，經(jīng)延時(shí)自動(dòng)返回，直至碰到尾部限位開關(guān)，使計(jì)數(shù)器動(dòng)作一次；計(jì)數(shù)器發(fā)出信號(hào)，兩個(gè)側(cè)部油缸再次帶動(dòng)沖頭前進(jìn)，重復(fù)上述動(dòng)作，一直到破碎完成。
1、存在的主要問題
該設(shè)備自2002年投入生產(chǎn)以來，便陸續(xù)暴露出不少問題。其中部分問題經(jīng)整改已取得不錯(cuò)的效果，如由于冬季環(huán)境溫度過低，液壓裝置啟動(dòng)困難這一問題，通過在油箱底部增設(shè)電加熱器與溫控設(shè)備，已徹底解決。
但始終困擾著生產(chǎn)的難題為：
①主油缸動(dòng)作不暢，破碎效率低。其主要表現(xiàn)是：當(dāng)側(cè)部油缸動(dòng)作，拖動(dòng)主油缸前進(jìn)時(shí)，主油缸移動(dòng)遲緩，甚至出現(xiàn)斷續(xù)停頓狀況；同樣的情況也發(fā)生在側(cè)部油缸帶動(dòng)沖頭后退過程中。經(jīng)多次實(shí)測(cè)，每塊的破碎時(shí)間高達(dá)12～15 min，破碎效率遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的要求，造成大量廢塊積壓，影響到工藝配料。
②導(dǎo)軌磨損過快，嚴(yán)重時(shí)每月需更換一次。由此造成頻繁停機(jī)，不僅使維修費(fèi)用和維修工作量大大增加，還使原本就緊張的破碎工作雪上加霜。
2、主要影響因素分析
2.1主油缸動(dòng)作不暢，破碎效率低
與側(cè)缸、沖頭和充液閥等部件組合在一起的主油缸是破碎機(jī)的主要做功件，其推動(dòng)沖頭前進(jìn)的的動(dòng)力是通過充液閥獲得的。充液閥的作用有二：一是當(dāng)側(cè)缸帶動(dòng)沖頭快速前進(jìn)時(shí)，活塞推動(dòng)頂桿上移，由頂桿推開錐形閥芯，把充液閥打開，油箱里的油便通過A口及B口吸入主油缸內(nèi)，起到快速充液，填補(bǔ)缸內(nèi)真空的作用；二是當(dāng)主油缸進(jìn)行擠壓破碎時(shí)，活塞下移，閥芯下部被壓縮了的彈簧自動(dòng)張開，拉動(dòng)閥芯下降，并把充液口堵住。當(dāng)打開高壓油閥后，高壓油便由P口沿著閥芯周圍的空腔通過B口進(jìn)入主油缸，以提高主油缸的壓力進(jìn)行破碎工作。同樣，當(dāng)側(cè)缸快速返回時(shí)，帶動(dòng)主柱塞后退，主油缸內(nèi)大量的油也是通過充液閥的A口及B口回到油箱。其B口與主油缸連接，A口與油箱連接，P口與高壓管路連接。充液閥下端有一油缸腔，內(nèi)有控制活塞，低壓控制油通過C、D兩口推動(dòng)活塞上下運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到開閉閥芯的目的。充液閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖1。
由上可知，該充液閥是一種卸載式液控單向閥，主油缸中液壓油的吸入、排出，都取決于控制活塞的位置�？刂苹钊蜷_錐形閥芯，必須克服三方面的阻力：
①錐形閥芯上腔高壓油的壓力；
②彈簧的向下推力；
③活塞與控制油缸內(nèi)壁之間的摩擦力以及錐形閥芯下部導(dǎo)桿與導(dǎo)向套之間的摩擦力等。
如果活塞對(duì)卸載閥和錐形閥芯的推力不夠大，會(huì)使閥芯無法打開或者打開不充分，從而影響主油缸的回退速度和前進(jìn)速度，嚴(yán)重時(shí)甚至使主油缸無法動(dòng)作。充液閥的卸壓過程分兩步，首先控制活塞上移頂開卸載閥的閥芯，使主油路卸壓，然后再頂開錐形閥芯。這樣可減小控制壓力。由設(shè)備使用說明書可知，由P口進(jìn)入沖液閥的高壓油壓力高達(dá)16MPa，推動(dòng)活塞的控制油壓力為7 MPa。經(jīng)觀察，兩者之差形成的推力不足以充分打開充液閥。從結(jié)構(gòu)上分析該閥，可以認(rèn)定活塞上的兩道Yx形密封產(chǎn)生的摩擦力不是很大，彈簧力也僅僅起到使錐形閥芯復(fù)位之作用。但是，導(dǎo)向套支撐環(huán)僅有一道，并且加工粗糙，與閥體的連接采用焊接方式，使閥芯的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)定位精度不高；加之導(dǎo)向套設(shè)計(jì)單薄，剛性不足，充液閥的安裝方式又為臥式工作狀態(tài)，使整個(gè)錐形閥芯呈懸臂結(jié)構(gòu)，受力方式不合理，這勢(shì)必造成摩擦阻力加大。因此，可以認(rèn)為由于錐形閥芯背壓較大及導(dǎo)向部分設(shè)計(jì)不合理造成錐形閥芯開度不足。
2.2導(dǎo)軌磨損嚴(yán)重
沖頭由沖頭架、齒板、導(dǎo)槽及壓條等組成。導(dǎo)槽與機(jī)架內(nèi)側(cè)的導(dǎo)軌相配合，導(dǎo)軌對(duì)沖頭起導(dǎo)向作用，使沖頭沿導(dǎo)軌前進(jìn)與后退。觀察導(dǎo)槽及導(dǎo)軌，可見導(dǎo)向面磨損嚴(yán)重。造成磨損嚴(yán)重的可能原因有：沖頭組件過重，與導(dǎo)軌摩擦力較大；安裝不合理，存在啃軌現(xiàn)象；導(dǎo)軌與導(dǎo)槽形成的摩擦副異常。經(jīng)分析圖紙，沖頭重量對(duì)磨損的影響并不突出，這在類似設(shè)備中可得到印證；通過觀察分析運(yùn)動(dòng)軌跡，證明安裝是合乎要求的；進(jìn)一步研究圖紙察看現(xiàn)場(chǎng)，我們認(rèn)為癥結(jié)在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上。該導(dǎo)軌設(shè)計(jì)為開式，無任何防護(hù)措施，致使在破碎碳?jí)K的過程中，大量的粉狀物料粘附于導(dǎo)軌面，惡化了摩擦面，同時(shí)，設(shè)計(jì)中存在接觸面無潤(rùn)滑這一缺陷，這樣，盡管導(dǎo)軌由耐磨合金制成，仍使其很快磨損。
3、改造方案
3.1改造回路
鑒于充液閥存在導(dǎo)向套單薄，密封環(huán)加工精度不高等設(shè)計(jì)和制造缺陷，最初方案為更換充液閥，但由于技術(shù)的進(jìn)步，各生產(chǎn)廠家的充液閥都采用立式結(jié)構(gòu)。而現(xiàn)有系統(tǒng)是按臥式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，現(xiàn)場(chǎng)已無足夠的空間位置，要想使用新型充液閥，必須對(duì)液壓站、管路系統(tǒng)等做相當(dāng)大的改造，所涉及的工作量大、費(fèi)用高、工期長(zhǎng)。如果實(shí)施，將是得不償失的。在充分分析充液閥的結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)原理圖后，確定了保留原充液閥，只對(duì)控制回路進(jìn)行改造的方案。其主要內(nèi)容為：將控制充液閥活塞的低壓油路改為高壓油路，為保持恒壓補(bǔ)充泄漏，同時(shí)吸收液壓沖擊，在該油路上增加一個(gè)蓄能器及相應(yīng)的控制閥，改造后的控制原理圖（部分）見圖2。
說明：件1、2、3、4位新增元件；件1為疊加塊，件2為蓄能器用安全閥組，件3為蓄能器，件4為固定組件。改造后的控制油壓經(jīng)過試驗(yàn)后設(shè)定為11MPa，蓄能器的容量按照活塞的工作腔來設(shè)計(jì)。
3.2更換已磨損導(dǎo)軌
沿導(dǎo)軌縱長(zhǎng)方向每邊新加潤(rùn)滑點(diǎn)8個(gè)，以改善導(dǎo)軌的潤(rùn)滑條件。同時(shí)在兩端安裝刮板，以清潔導(dǎo)軌表面。同時(shí)，修改維護(hù)規(guī)程，要求操作人員每班注油兩次，清理導(dǎo)軌及沖頭架內(nèi)的積灰一次。
4、實(shí)施效果
自2003年冬改造完成之后，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，單塊破碎時(shí)間基本穩(wěn)定在7.5 min，超過了配料工藝要求的8.5 min/塊，導(dǎo)軌導(dǎo)向面未見明顯磨損，沖頭動(dòng)作平穩(wěn)，滿足了生產(chǎn)要求。
