銅圓盤澆鑄機(jī)液壓系統(tǒng)常見故障的排查與改進(jìn)

謝學(xué)強(qiáng)，李志翔

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠，江西 鷹潭 335424）

銅圓盤澆鑄機(jī)液壓系統(tǒng)常見故障的排查與改進(jìn)

謝學(xué)強(qiáng)，李志翔

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠，江西 鷹潭 335424）

文章主要介紹銅圓盤澆鑄機(jī)在陽極銅生產(chǎn)過程中常見液壓系統(tǒng)典型的故障，以及這些故障的排查方法及改進(jìn)預(yù)防措施。

銅圓盤澆鑄機(jī)；液壓油管；調(diào)速閥；節(jié)流閥；液壓油缸

M16模雙圓盤澆鑄機(jī)是陽極銅生產(chǎn)的主要設(shè)備，主要工作流程是冶煉好的銅水通過溜槽、中間包、澆鑄包流進(jìn)圓盤澆鑄機(jī)上的銅模，在圓盤上經(jīng)過冷卻，通過提取機(jī)提取進(jìn)水槽進(jìn)一步冷卻，形成合格陽極板，通過叉車將水槽里的成品叉運(yùn)至堆場。其主要結(jié)構(gòu)單元為自動定量澆鑄系統(tǒng)、圓盤及驅(qū)動機(jī)構(gòu)、噴淋冷卻系統(tǒng)、提取機(jī)－水槽裝置、自動噴涂系統(tǒng)及廢陽極板提取機(jī)。該圓盤澆鑄機(jī)為貴冶自主設(shè)計(jì)研發(fā)安裝的，具有機(jī)械化、自動化程度高的特點(diǎn)，是一套機(jī)、電、液、氣一體化的設(shè)備。除了圓盤旋轉(zhuǎn)為變頻電機(jī)驅(qū)動外，其余各個(gè)部件均為液壓、氣壓傳動。雙圓盤澆鑄機(jī)只有一個(gè)液壓站供油，共三個(gè)液壓泵，兩用一備，其工作壓力：13MPa，系統(tǒng)最大工作流量：280L/min，電機(jī)功率：45kW，共有18個(gè)油缸（含馬達(dá)）的執(zhí)行部件。液壓系統(tǒng)的故障會直接導(dǎo)致終止?jié)茶T，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，會造成能源的大量浪費(fèi)，及產(chǎn)生較大的安全環(huán)保事故隱患。

1 液壓油管的漏油故障治理

圓盤澆鑄機(jī)液壓油管的漏油故障，是困擾該類設(shè)備維護(hù)人員的難題。漏油的故障點(diǎn)和漏油形式較多，液壓油管的漏油點(diǎn)主要有硬管、軟管和管接頭處。由于澆鑄生產(chǎn)現(xiàn)場的特殊性，所有油管都是通過地溝走向的，點(diǎn)檢、檢修空間非常狹小，造成了日常巡檢不方便。且處在冶煉場所的高腐蝕環(huán)境，所以加大了液壓硬管的腐蝕，每次巡檢均需要技術(shù)人員鉆進(jìn)地溝內(nèi)進(jìn)行，大多數(shù)液壓軟管的安裝也受限于空間，導(dǎo)致油管安裝時(shí)與硬物接觸摩擦，最終導(dǎo)致破裂漏油。對液壓油管的泄漏采取了下列方法：①堅(jiān)持定周期對油管進(jìn)行點(diǎn)檢，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。②堅(jiān)持預(yù)防性維修理念，定周期更換液壓軟管，更換時(shí)嚴(yán)格按照軟管安裝標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，并加裝保護(hù)套，提高耐磨性，對每一個(gè)位置的軟管做好壽命測算。③對≤φ25mm的液壓硬管（碳鋼）全部更換為不銹鋼管，各個(gè)接頭采用卡套式接頭進(jìn)行聯(lián)接，嚴(yán)格按照更換液壓硬管的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。④對部分液壓管路進(jìn)行改造，能用硬管的地方盡可能的采用不銹鋼硬管替代液壓軟管。⑤堅(jiān)持每月對各個(gè)管接頭進(jìn)行緊固，杜絕輕微泄漏。⑥在更換液壓泵或調(diào)整液壓泵壓力時(shí)，確保壓力在規(guī)定值內(nèi)12.5～13MPa區(qū)間內(nèi)。通過以上的措施，在實(shí)際工作中液壓油管的泄漏治理，取得了良好的效果。

2 液壓系統(tǒng)油溫高故障排除一例

圓盤澆鑄機(jī)液壓系統(tǒng)油溫控制最好在35～55℃之間，高油溫會造成系統(tǒng)各個(gè)密封件的失效。故障現(xiàn)象：在夏季某一段時(shí)間，油溫在68℃左右，液壓泵運(yùn)行時(shí)有異音。排查步驟如下：①檢查液壓油位，若液壓油箱的油位太低，會造成沒有足夠的流量帶走其產(chǎn)生的熱量而導(dǎo)致油溫上升，一般液壓油加至游標(biāo)的2/3處，檢查后油位合適。②檢查冷卻器（見圖1第7處），該系統(tǒng)采用的是水冷式冷卻器冷卻。由于需要提高工業(yè)復(fù)水利用率，冷卻水采用的是工業(yè)復(fù)水。該水質(zhì)的特點(diǎn)是水里的雜質(zhì)、顆粒比較多，冷卻器比較容易結(jié)垢、堵塞，降低了散熱系數(shù)，造成油溫高。另外工業(yè)復(fù)水溫較高，夏季約55℃，冬季約35℃，冷卻效果遠(yuǎn)不如管網(wǎng)水，在清洗了冷卻器等措施后，油溫下降至62℃左右，雖有下降，但還未達(dá)到合理值。③檢查液壓泵和溢流閥壓力調(diào)節(jié)（見圖1第1處和第5處）是否適當(dāng)，液壓泵作為液壓系統(tǒng)的動力源，其工況好壞影響著系統(tǒng)的發(fā)熱程度。若液壓泵出口壓力調(diào)節(jié)大于溢流閥的打開壓力，那么壓力油會不斷地通過該閥不經(jīng)冷卻器流進(jìn)油箱，直接造成溫度上升。檢查后，各個(gè)調(diào)整參數(shù)正常。④最后判斷是否有空氣進(jìn)入系統(tǒng)，若液壓系統(tǒng)混入空氣，該空氣會在低壓區(qū)形成氣泡。在高壓區(qū)時(shí)，這些氣泡被高壓油擊碎，受到急劇壓縮而放出大量熱量，導(dǎo)致油溫升高，并伴隨著異音，在三臺液壓泵入口的軟管連接處，均發(fā)現(xiàn)螺栓有松動現(xiàn)象，在對螺栓進(jìn)行緊固后，油溫下降至53℃，異音消失。

要杜絕該類故障的產(chǎn)生，液壓件安裝螺栓、液壓管路、法蘭連接螺栓、管接頭必須每月緊固一次。

3 頂起油缸故障排除一例

頂起油缸的作用是將陽極板頂起，使得提取機(jī)能將陽極板從銅模中取出。故障現(xiàn)象：在某日澆鑄過程中，頂起油缸的活塞桿伸出后不返回，液壓系統(tǒng)其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行正常。排查步驟如下：①檢查頂起機(jī)構(gòu)是否有卡死現(xiàn)象，經(jīng)檢查沒有卡死。②檢查PLC控制器輸出中間繼電器是否故障，若故障會導(dǎo)致沒有電信號到達(dá)控制油缸的電磁換向閥上，經(jīng)過檢查該繼電器正常。③檢查電磁閥線圈是否損壞，經(jīng)檢查線圈正常。④用手動頂電磁換向閥的閥芯，油缸未動作，判斷電磁換向閥失效或卡死，更換了新的電磁換向閥后，油缸故障現(xiàn)象依然存在。⑤判斷油缸是否故障，用測壓表對油缸的下腔和上腔分別進(jìn)行測壓時(shí)，發(fā)現(xiàn)上下腔的壓強(qiáng)相同，判斷出油缸活塞密封失效，導(dǎo)致油缸上下腔的油壓相同。根據(jù)公式F=PA（F∶N，P∶Ma，A∶mm2），油缸上腔由于有活塞桿，所以下腔活塞面積始終大于上腔，所以油缸始終是下腔受力較大，油缸始終處于伸出狀態(tài)。

該故障的產(chǎn)生，主要是由于油缸密封長時(shí)間未得到更換。技術(shù)人員在判斷密封壽命時(shí)，經(jīng)驗(yàn)缺乏，在一般情況下，油缸密封應(yīng)兩年更換一次。

4 澆鑄機(jī)執(zhí)行部件速度慢故障排除一例

故障現(xiàn)象：某日在澆鑄過程中，澆鑄機(jī)的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)突然慢下來，且各個(gè)執(zhí)行部件無力，1#、3#液壓泵運(yùn)行。排查步驟如下：①檢查液壓系統(tǒng)是否漏油，檢查后正常。②故障的判斷從液壓站（見圖1）開始，首先對溢流閥（第5處）進(jìn)行檢查，判斷是否是溢流閥故障，導(dǎo)致壓力油通過該閥卸荷回油箱。在對溢流閥出口做檢測時(shí)，壓力油并未從此閥卸荷，所以排除溢流閥故障。③檢查系統(tǒng)是否內(nèi)部泄漏，液壓系統(tǒng)的某個(gè)執(zhí)行部件或閥組上是否存在出現(xiàn)大流量泄漏情況。由于雙圓盤澆鑄機(jī)有18個(gè)執(zhí)行部件，閥組更多，判斷時(shí)主要是對每一個(gè)部件進(jìn)行單試，判斷原理是只要是內(nèi)部泄漏，應(yīng)只有一個(gè)執(zhí)行部件運(yùn)動速度慢，其余應(yīng)動作正常。在對所有部件進(jìn)行單試后，發(fā)現(xiàn)所有部件均速度慢，所以排除了內(nèi)部泄漏。④重新對液壓站進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)備用泵2#液壓泵的電機(jī)（件2.2）風(fēng)葉處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)，基本確定故障是由于2#液壓泵出口單向閥（件3.2）故障導(dǎo)致，停3#液壓泵，開1#、2#液壓泵液壓系統(tǒng)恢復(fù)了正常。故障原因是：1#、3#液壓泵（件1.1、件1.3）打出的壓力油經(jīng)過損壞的2#液壓泵出口單向閥（件3.2），進(jìn)2#液壓泵返回油箱，壓力油在進(jìn)入液壓泵時(shí)，通過聯(lián)軸器帶動2#電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，這時(shí)2#液壓泵相當(dāng)于液壓馬達(dá)。最后對2#液壓泵出口單向閥拆下檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，該閥的閥芯和彈簧均損壞，損壞原因主要是閥經(jīng)常性地開停產(chǎn)生的沖擊造成。對于該故障應(yīng)判斷好該閥的損壞周期，定周期進(jìn)行更換（見圖1）。

5 水槽堆垛頂起裝置不同步故障的改進(jìn)

水槽堆垛頂起裝置為圓盤澆鑄機(jī)銅陽極板堆垛頂起裝置，它是將冷卻后的陽極板頂起的裝置，由兩個(gè)液壓油缸驅(qū)動，油缸與機(jī)構(gòu)連接，頂起物重7t。故障現(xiàn)象：該裝置在頂起和下降過程中存在不同步的現(xiàn)象，并且難調(diào)節(jié)，受負(fù)載變化影響較大。

故障分析：該液壓系統(tǒng)的同步原理是節(jié)流閥同步回路（見圖2）。原理如下：節(jié)流閥2在該系統(tǒng)中的作用是出口節(jié)流調(diào)速，使該裝置同步，該類同步回路易受載荷、泄漏與阻力不同等因素影響，其同步精度低于4%～5%，節(jié)流閥由于剛性差，在節(jié)流開口一定的條件下通過它的工作流量受工作負(fù)載（亦即其出口壓力）變化的影響，不能保持執(zhí)行元件運(yùn)動速度的穩(wěn)定，該回路還須保證進(jìn)出兩個(gè)液壓油缸的油管長度和大小相同，才能同步，該系統(tǒng)適合工作負(fù)載變化不大和速度穩(wěn)定性要求不高的場合。所以該裝置存在不同步現(xiàn)象的主要原因是系統(tǒng)沒有設(shè)計(jì)好，須對該系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

圖1 雙圓盤澆鑄機(jī)液壓站原理圖

針對以上存在的問題，經(jīng)過現(xiàn)場分析研究，采用雙向調(diào)速閥同步回路，改進(jìn)后的液壓原理圖如圖3所示。該系統(tǒng)采用的是雙向調(diào)速閥同步回路，調(diào)速閥速度同步是指兩液壓油缸運(yùn)動速度相同，該回路是并聯(lián)兩個(gè)調(diào)速閥的速度同步回路（見圖3），兩缸是并聯(lián)的，分別由調(diào)速閥2.1和調(diào)速閥2.2調(diào)節(jié)兩液壓缸活塞的速度。

圖2 水槽堆垛頂起裝置液壓系統(tǒng)圖（原設(shè)計(jì)）

調(diào)速閥工作原理（見圖4），從結(jié)構(gòu)上來看，調(diào)速閥是在節(jié)流閥2前面串接一個(gè)定差減壓閥1組合而成。液壓泵的出口（即調(diào)速閥的進(jìn)口）壓力p1由溢流閥調(diào)整基本不變，而調(diào)速閥的出口壓力p3則由液壓缸負(fù)載F決定。油液先經(jīng)減壓閥產(chǎn)生一次壓力降，將壓力降到p2，p2經(jīng)通道e、f作用到減壓閥的d腔和c腔；節(jié)流閥的出口壓力p3又經(jīng)反饋通道a作用到減壓閥的上腔b，當(dāng)減壓閥的閥芯在彈簧力Fs、油液壓力p2和p3作用下處于某一平衡位置時(shí)（忽略摩擦力和液動力等），則有：

圖3 水槽堆垛頂起裝置液壓系統(tǒng)圖（調(diào)速閥同步回路）

圖4 調(diào)速閥

A、A1和A2分別為b腔、c腔和d腔內(nèi)壓力油作用于閥芯的有效面積，且A=A1+A2。故：

因?yàn)閺椈蓜偠容^低，且工作過程中減壓閥閥芯位移很小，可以認(rèn)為Fs基本保持不變。故節(jié)流閥兩端壓力差p2-p3也基本保持不變，這就保證了通過節(jié)流閥的流量穩(wěn)定，從而保證了機(jī)構(gòu)的同步。

該設(shè)計(jì)方案，可以使銅陽極板堆垛頂起裝置達(dá)到較好的同步性能，能滿足生產(chǎn)需要。機(jī)械部件不會由于受力不均受影，同步精度得到了提高，能滿足生產(chǎn)要求，不會對機(jī)構(gòu)產(chǎn)生影響，堆垛頂起裝置同步問題得到了解決。

6 結(jié)束語

通過近幾年的生產(chǎn)實(shí)踐，在技術(shù)人員的精心維護(hù)下，圓盤澆鑄機(jī)液壓系統(tǒng)的故障率逐年下降，工程技術(shù)人員除了要有處理故障的經(jīng)驗(yàn)積累，還要對液壓系統(tǒng)原理的不斷學(xué)習(xí)，才能故障發(fā)生時(shí)及時(shí)準(zhǔn)確找到故障源。故障就不難排除，除了排除故障，還需要學(xué)會如何預(yù)防故障的產(chǎn)生，對于一些故障頻繁發(fā)生點(diǎn)需要進(jìn)行改造，只有通過這些措施才能真正地降低設(shè)備故障率。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[2]隗金文.液壓傳動[M].沈陽:東北大學(xué)出版社,2001.

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A

1671-3818（2016）04-0041-03

謝學(xué)強(qiáng)（1980-），男，貴州金沙人，機(jī)械工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)備的維護(hù)管理。

李志翔（1982-），男，江西上饒人，工程師，研究方向：冶金設(shè)備的檢修和維護(hù)。