銅圓盤澆鑄機液壓系統常見故障的排查與改進

謝學強，李志翔

（江西銅業集團公司貴溪冶煉廠，江西 鷹潭 335424）

銅圓盤澆鑄機液壓系統常見故障的排查與改進

謝學強，李志翔

（江西銅業集團公司貴溪冶煉廠，江西 鷹潭 335424）

文章主要介紹銅圓盤澆鑄機在陽極銅生產過程中常見液壓系統典型的故障，以及這些故障的排查方法及改進預防措施。

銅圓盤澆鑄機；液壓油管；調速閥；節流閥；液壓油缸

M16模雙圓盤澆鑄機是陽極銅生產的主要設備，主要工作流程是冶煉好的銅水通過溜槽、中間包、澆鑄包流進圓盤澆鑄機上的銅模，在圓盤上經過冷卻，通過提取機提取進水槽進一步冷卻，形成合格陽極板，通過叉車將水槽里的成品叉運至堆場。其主要結構單元為自動定量澆鑄系統、圓盤及驅動機構、噴淋冷卻系統、提取機－水槽裝置、自動噴涂系統及廢陽極板提取機。該圓盤澆鑄機為貴冶自主設計研發安裝的，具有機械化、自動化程度高的特點，是一套機、電、液、氣一體化的設備。除了圓盤旋轉為變頻電機驅動外，其余各個部件均為液壓、氣壓傳動。雙圓盤澆鑄機只有一個液壓站供油，共三個液壓泵，兩用一備，其工作壓力：13MPa，系統最大工作流量：280L/min，電機功率：45kW，共有18個油缸（含馬達）的執行部件。液壓系統的故障會直接導致終止澆鑄，嚴重影響生產，會造成能源的大量浪費，及產生較大的安全環保事故隱患。

1 液壓油管的漏油故障治理

圓盤澆鑄機液壓油管的漏油故障，是困擾該類設備維護人員的難題。漏油的故障點和漏油形式較多，液壓油管的漏油點主要有硬管、軟管和管接頭處。由于澆鑄生產現場的特殊性，所有油管都是通過地溝走向的，點檢、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境，所以加大了液壓硬管的腐蝕，每次巡檢均需要技術人員鉆進地溝內進行，大多數液壓軟管的安裝也受限于空間，導致油管安裝時與硬物接觸摩擦，最終導致破裂漏油。對液壓油管的泄漏采取了下列方法：①堅持定周期對油管進行點檢，發現問題及時處理。②堅持預防性維修理念，定周期更換液壓軟管，更換時嚴格按照軟管安裝標準執行，并加裝保護套，提高耐磨性，對每一個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，各個接頭采用卡套式接頭進行聯接，嚴格按照更換液壓硬管的標準執行。④對部分液壓管路進行改造，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堅持每月對各個管接頭進行緊固，杜絕輕微泄漏。⑥在更換液壓泵或調整液壓泵壓力時，確保壓力在規定值內12.5～13MPa區間內。通過以上的措施，在實際工作中液壓油管的泄漏治理，取得了良好的效果。

2 液壓系統油溫高故障排除一例

圓盤澆鑄機液壓系統油溫控制最好在35～55℃之間，高油溫會造成系統各個密封件的失效。故障現象：在夏季某一段時間，油溫在68℃左右，液壓泵運行時有異音。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生的熱量而導致油溫上升，一般液壓油加至游標的2/3處，檢查后油位合適。②檢查冷卻器（見圖1第7處），該系統采用的是水冷式冷卻器冷卻。由于需要提高工業復水利用率，冷卻水采用的是工業復水。該水質的特點是水里的雜質、顆粒比較多，冷卻器比較容易結垢、堵塞，降低了散熱系數，造成油溫高。另外工業復水溫較高，夏季約55℃，冬季約35℃，冷卻效果遠不如管網水，在清洗了冷卻器等措施后，油溫下降至62℃左右，雖有下降，但還未達到合理值。③檢查液壓泵和溢流閥壓力調節（見圖1第1處和第5處）是否適當，液壓泵作為液壓系統的動力源，其工況好壞影響著系統的發熱程度。若液壓泵出口壓力調節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冷卻器流進油箱，直接造成溫度上升。檢查后，各個調整參數正常。④最后判斷是否有空氣進入系統，若液壓系統混入空氣，該空氣會在低壓區形成氣泡。在高壓區時，這些氣泡被高壓油擊碎，受到急劇壓縮而放出大量熱量，導致油溫升高，并伴隨著異音，在三臺液壓泵入口的軟管連接處，均發現螺栓有松動現象，在對螺栓進行緊固后，油溫下降至53℃，異音消失。

要杜絕該類故障的產生，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，使得提取機能將陽極板從銅模中取出。故障現象：在某日澆鑄過程中，頂起油缸的活塞桿伸出后不返回，液壓系統其它執行機構運行正常。排查步驟如下：①檢查頂起機構是否有卡死現象，經檢查沒有卡死。②檢查PLC控制器輸出中間繼電器是否故障，若故障會導致沒有電信號到達控制油缸的電磁換向閥上，經過檢查該繼電器正常。③檢查電磁閥線圈是否損壞，經檢查線圈正常。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行測壓時，發現上下腔的壓強相同，判斷出油缸活塞密封失效，導致油缸上下腔的油壓相同。根據公式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。

該故障的產生，主要是由于油缸密封長時間未得到更換。技術人員在判斷密封壽命時，經驗缺乏，在一般情況下，油缸密封應兩年更換一次。

4 澆鑄機執行部件速度慢故障排除一例

故障現象：某日在澆鑄過程中，澆鑄機的各個執行機構突然慢下來，且各個執行部件無力，1#、3#液壓泵運行。排查步驟如下：①檢查液壓系統是否漏油，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）進行檢查，判斷是否是溢流閥故障，導致壓力油通過該閥卸荷回油箱。在對溢流閥出口做檢測時，壓力油并未從此閥卸荷，所以排除溢流閥故障。③檢查系統是否內部泄漏，液壓系統的某個執行部件或閥組上是否存在出現大流量泄漏情況。由于雙圓盤澆鑄機有18個執行部件，閥組更多，判斷時主要是對每一個部件進行單試，判斷原理是只要是內部泄漏，應只有一個執行部件運動速度慢，其余應動作正常。在對所有部件進行單試后，發現所有部件均速度慢，所以排除了內部泄漏。④重新對液壓站進行檢查，發現備用泵2#液壓泵的電機（件2.2）風葉處于反轉狀態，基本確定故障是由于2#液壓泵出口單向閥（件3.2）故障導致，停3#液壓泵，開1#、2#液壓泵液壓系統恢復了正常。故障原因是：1#、3#液壓泵（件1.1、件1.3）打出的壓力油經過損壞的2#液壓泵出口單向閥（件3.2），進2#液壓泵返回油箱，壓力油在進入液壓泵時，通過聯軸器帶動2#電動機旋轉，這時2#液壓泵相當于液壓馬達。最后對2#液壓泵出口單向閥拆下檢修時發現，該閥的閥芯和彈簧均損壞，損壞原因主要是閥經常性地開停產生的沖擊造成。對于該故障應判斷好該閥的損壞周期，定周期進行更換（見圖1）。

5 水槽堆垛頂起裝置不同步故障的改進

水槽堆垛頂起裝置為圓盤澆鑄機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，由兩個液壓油缸驅動，油缸與機構連接，頂起物重7t。故障現象：該裝置在頂起和下降過程中存在不同步的現象，并且難調節，受負載變化影響較大。

故障分析：該液壓系統的同步原理是節流閥同步回路（見圖2）。原理如下：節流閥2在該系統中的作用是出口節流調速，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%，節流閥由于剛性差，在節流開口一定的條件下通過它的工作流量受工作負載（亦即其出口壓力）變化的影響，不能保持執行元件運動速度的穩定，該回路還須保證進出兩個液壓油缸的油管長度和大小相同，才能同步，該系統適合工作負載變化不大和速度穩定性要求不高的場合。所以該裝置存在不同步現象的主要原因是系統沒有設計好，須對該系統進行改進設計。

圖1 雙圓盤澆鑄機液壓站原理圖

針對以上存在的問題，經過現場分析研究，采用雙向調速閥同步回路，改進后的液壓原理圖如圖3所示。該系統采用的是雙向調速閥同步回路，調速閥速度同步是指兩液壓油缸運動速度相同，該回路是并聯兩個調速閥的速度同步回路（見圖3），兩缸是并聯的，分別由調速閥2.1和調速閥2.2調節兩液壓缸活塞的速度。

圖2 水槽堆垛頂起裝置液壓系統圖（原設計）

調速閥工作原理（見圖4），從結構上來看，調速閥是在節流閥2前面串接一個定差減壓閥1組合而成。液壓泵的出口（即調速閥的進口）壓力p1由溢流閥調整基本不變，而調速閥的出口壓力p3則由液壓缸負載F決定。油液先經減壓閥產生一次壓力降，將壓力降到p2，p2經通道e、f作用到減壓閥的d腔和c腔；節流閥的出口壓力p3又經反饋通道a作用到減壓閥的上腔b，當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（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圖（調速閥同步回路）

圖4 調速閥

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

因為彈簧剛度較低，且工作過程中減壓閥閥芯位移很小，可以認為Fs基本保持不變。故節流閥兩端壓力差p2-p3也基本保持不變，這就保證了通過節流閥的流量穩定，從而保證了機構的同步。

該設計方案，可以使銅陽極板堆垛頂起裝置達到較好的同步性能，能滿足生產需要。機械部件不會由于受力不均受影，同步精度得到了提高，能滿足生產要求，不會對機構產生影響，堆垛頂起裝置同步問題得到了解決。

6 結束語

通過近幾年的生產實踐，在技術人員的精心維護下，圓盤澆鑄機液壓系統的故障率逐年下降，工程技術人員除了要有處理故障的經驗積累，還要對液壓系統原理的不斷學習，才能故障發生時及時準確找到故障源。故障就不難排除，除了排除故障，還需要學會如何預防故障的產生，對于一些故障頻繁發生點需要進行改造，只有通過這些措施才能真正地降低設備故障率。

[1]成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業出版社,2002.

[2]隗金文.液壓傳動[M].沈陽:東北大學出版社,2001.

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1671-3818（2016）04-0041-03

謝學強（1980-），男，貴州金沙人，機械工程師，研究方向：機械設備的維護管理。

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