0、引言
中國鋁業某公司炭素廠500 t殘極
破碎機是電解鋁用陽極生產中的重要設備之一，其作用是將陽極生產中的殘次陽極塊破碎后，與陽極原料混合后再次利用。此設備的生產能力、工作穩定性和運行可靠性對陽極生產起重要作用。自500 t殘極破碎機安裝后，一直未達到設計能力，主要問題包括：主缸加壓無力，速度過慢，甚至不能破碎陽極塊；輔助缸回程速度慢，曾發生由于主缸不能退回而造成設備停用事件。遂對該破碎機的原液壓系統進行分析，提出改進措施，并按最低成本的原則對原系統進行了部分改進。
1、500 t殘極破碎機液壓系統組成、特點及工作原理
1.1液壓系統的組成
500 t殘極破碎機液壓系統主要由液壓站、軌道及其潤滑系統、主缸、充液閥、油缸、管路和電氣控制系統等組成，其中液壓站由箱體、泵機組和閥組等組成（見圖1），泵機組由兩臺柱塞泵和兩臺四極電機組成；電氣控制箱體由操作臺和控制柜等組成，電氣系統采用PLC控制。
1.2液壓系統的特點
500 t殘極破碎機液壓系統性能穩定可靠，工作壽命長；共配置兩臺柱塞泵，一備一用，亦可兩臺泵同時工作；油泵采用Parker生產的定量柱塞泵，噪音小，工作性能穩定；便用壽命將比傳統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，鋼管采用精密無縫鋼管，油管接口少，泄漏點少。
1.3原液壓系統工作原理
圖2所示為500t殘極破碎機的部分液壓系統原理圖。主控制回路為插裝閥結構，兩臺手動變量泵為系統供油，由插裝溢流閥實現兩級壓力控制（輔助缸快進和快退為低壓，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，實現兩缸的同步運動，并帶動主缸快進和快退；主缸與輔助缸一起實現加壓破碎。充液閥由雙作用活塞缸控制開啟與關閉，實現主缸快進時的充液與快退時向油箱排液。充液閥開啟與關閉的動作由一級疊加閥控制，控制壓力取自主控制回路。其中充液閥的作用是利用其內部的活塞桿開啟閥口，從而保證側缸在快速前進或后退時，主油缸隨之從油箱里大量吸油或排油。當活塞桿下降、關閉閥口時，壓力油順利通過充液閥進入主油缸，推動主柱塞進行破碎工作。為消除油缸和流液閥中的氣體，在充液閥頂部裝有排氣閥。
破碎機的自動循環動作通過PLC來控制。
2、問題與故障分析
500t殘極破碎機原有液壓系統部件陳舊老化，壓力不穩定，速度慢，泄漏嚴重，液壓閥個體較大、笨重，液壓閥為板式連接，給維護檢修帶來極大不便，且工作效率低，自動化程度低。破碎一塊廢陽極需用時7～8 min。
(1)主缸加壓無力，經分析，速度過慢的原因為在快迸轉加壓過程中，由于主油路瞬間失壓，導致控制油路無壓，造成充液閥不能完全關閉所致。因為加壓時充液閥必須完全關閉，才能保證主缸中建立起與負載對應的壓力，而當充液閥不能完全關閉時，將造成液壓泵供油中的一部分經充液閥返回油箱，主缸速度必然過慢；自然無法建立起足夠的壓力，導致不能破碎陽極塊。
(2)輔助缸回程速度慢，主要原因是充液閥不能完全開啟，主缸回油不暢；主缸不能退回的原因是充液閥沒有開啟，主缸無法排油。
3、故障排除和系統改進
原系統設計中控制充液閥動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，采用了最簡單的辦法，即調整PLC程序，在快進轉加壓的過程中，將控制主缸加壓的插裝閥之先導電磁閥延遲幾秒鐘開啟，待控制壓力使充液閥關閉后再開啟插裝閥。經幾次試驗，最終確定推遲2s即可達到正常加壓、破碎陽極塊的目的。
同樣，輔助缸回程的轉換時間點延遲進行，待控制壓力使充液閥完全開啟后，再開啟插裝閥，使輔助快速退回。但在采取上述措施后，系統仍存在輔助缸回程速度較慢的問題。
為了徹底解決問題，對原系統進行如下改進：在控制油路中加設蓄能器，以維持控制油路的壓力，保證充液閥的正常動作（完全開啟或關閉）。
從最低成本的原則出發，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（見圖3）。
液壓系統改進后，當主油路壓力升高時，蓄能器可以蓄壓，當主油路壓力降低時，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啟或關閉。將改進后的系統安裝使用后，取得了預期的效果。快進、加壓、快退工況轉換正確，輔助缸回程速度明顯加快，提高了生產效率。現已正常運行4個月，解決了長期困擾炭素廠殘極積壓的問題。
改進前后液壓系統的主要技術參數：
工作壓力 15 MPa
額定壓力 42 MPa
工作流量 （單泵）163 L/min
泵轉速 1480 r/m/n
供料缸在單泵工作時工作參數：
前進時速度v進=200 mm/s
流量Q進=141 Umin
后退時 速度v退=200 mm/s
流量Q退=99 Umin
推料缸在單泵工作時工作參數：
前進時速度v進=300 mm/s
流量Q進=220 L/min
后退時速度V退=300 mm/s
流量Q退=152 L/min
副油缸尾部采用球鉸結構；在單泵工作時工作參數：
前進時速度v進=300 mm/s
流量Q進=141 L/min
后退時速度V退=300 mm/s
流量Q退=99 L/min
4、結論
在500 t殘極破碎機液壓系統的改造過程中，使用了國產蓄能器和液壓閥等液壓元件，全部改造費用不到一萬元。改造內容包括使用了充液閥，更新了滑道及增加滑道的自動潤滑裝置，同時增加了該設備的自動冷卻裝置，大大提高了液壓系統的使用性能，解決了原生產中存在的諸多問題，使該破碎機破碎時間減少為4 min/塊，效果良好。目前該液壓系統工作正常。
