0、概述
    目前，隨著160～200 kA大容量預(yù)焙電解槽在我國使用范圍越來越廣，鋁電解所需的炭素陽極炭塊規(guī)格也越來越大，中國鋁業(yè)青海分公司四爪陽極塊尺寸已達(dá)1400 mm×660 mm×540 mm。500t殘極破碎機(jī)是用于破碎電解返回的殘極塊以及其它不合格的生、熟陽極塊的主要設(shè)備，可將物料粗碎到150mm×150 mm尺寸以下，然后再經(jīng)皮帶輸送機(jī)進(jìn)入顎式破碎機(jī)和圓錐破碎機(jī)進(jìn)一步破碎，最后破碎至10～50 mm小塊，做為原料返回生產(chǎn)系統(tǒng)中再次利用。500t殘極破碎機(jī)的正常運(yùn)行，將直接影響下一步的生產(chǎn)。
    500t殘極破碎機(jī)技術(shù)參數(shù)：
    破碎力  5000 kN
    碎料尺寸  150×150或100×100 mm（由格篩
    篩孔尺寸大小決定）
    產(chǎn)能    6 t/h
    液壓站電機(jī)功率45×2=90 kW
1 500 t殘極破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1.1破碎裝置
    破碎裝置由翻料裝置、推料裝置、格篩、機(jī)體、沖頭裝置和充液閥等部件組成。翻料裝置的作用是把殘極或要破碎的生陽極運(yùn)至翻料平臺上，經(jīng)油缸把平臺上炭塊翻到破碎室內(nèi)進(jìn)行破碎。推料裝置的作用把破碎室內(nèi)已經(jīng)被擠壓實(shí)了的物料進(jìn)行松動，以便進(jìn)行再破碎。格篩安裝在破碎室下面的支承梁上，為了減少炭塊翻轉(zhuǎn)下來產(chǎn)生的沖擊力，在格篩與支承梁之間安裝有碟形彈簧。機(jī)體是整個破碎裝置的主要受力構(gòu)件，由機(jī)架、固定齒板、導(dǎo)軌和襯板等部件組成。由厚鋼板焊制而成的機(jī)架外形尺寸為4700 mm×2880 mm×1390 mm．在機(jī)架一端的中央開設(shè)一個安裝主油缸的孔，在機(jī)體兩側(cè)開設(shè)兩個安裝側(cè)部油缸的孔。固定齒板、導(dǎo)軌和襯板均由耐磨鋼制成，并從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上為維修和更換提供方便。沖頭裝置是破碎機(jī)的主要做功部件，它是由主油缸和兩個側(cè)部油缸及沖頭組成，沖頭上安裝有活動齒板（該活動齒板與機(jī)體上的固定齒板構(gòu)成破碎室）。主油缸在進(jìn)行加壓運(yùn)動時，主柱塞帶動沖頭前進(jìn)，以起到對物料的擠壓破碎作用。充液閥的作用是利用其內(nèi)部的活塞桿開啟閥口，保證側(cè)部油缸在快速前進(jìn)或后退時，主油缸可以從油箱中大量吸油或排油。當(dāng)活塞桿下降關(guān)閉閥口時，壓力油順利通過充液閥而進(jìn)入主油缸，推動主柱塞進(jìn)行破碎工作。為了消除油缸和充液閥中的氣體，在充液閥頂部安裝有排氣閥。

1.2液壓系統(tǒng)
    液壓系統(tǒng)由液壓件裝配、油箱裝配和泵組裝配三部分組成。液壓件裝配分成三個集成塊，安裝在一塊焊在油箱頂部的立板上，為了滿足液壓系統(tǒng)連續(xù)工作的要求，保證油溫不高，在油箱頂部裝有冷卻器，主油缸的加壓和充液采用國產(chǎn)充液閥，泵采用國產(chǎn)菱形法蘭接口的CBL5140齒輪泵。
1.3控制系統(tǒng)
    500t殘極破碎機(jī)的控制采用電磁繼電控制方式，其控制程序如下。
    ①炭塊被送至翻料平臺后，根據(jù)控制按鈕發(fā)出的信號，使翻料油缸動作，將炭塊翻入破碎室內(nèi)待破碎，然后根據(jù)控制按鈕信號，側(cè)部油缸前進(jìn)，主油缸充油，翻料缸返回。
    ②兩個側(cè)部油缸接到信號后動作，活塞桿帶動沖頭快速前進(jìn)（低油壓，大流量），同時打開充液閥，油箱的油便被吸入到主油缸一柱塞缸的后腔；主油缸中的主柱塞推動沖頭前進(jìn)（高油壓，小流量）。加壓油路上設(shè)有兩個壓力繼電器，當(dāng)沖頭觸及炭塊后，油壓不斷升高，當(dāng)壓力達(dá)到壓力繼電器的設(shè)定值時，側(cè)部泊缸停止前進(jìn)，延時后自動關(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，保壓一段時間，使炭塊充分破碎，同時油壓開始下降；當(dāng)壓力低于設(shè)定值時，發(fā)出信號通知兩側(cè)部油缸的活塞帶動主柱塞返回（低油壓，大流量），側(cè)部油缸開始帶動沖頭后退，并自動打開充液閥，主缸內(nèi)的油流回油箱。
    ③側(cè)部油缸返回到位后，發(fā)出信號，通知推料油缸前進(jìn)，對物料進(jìn)行松散并排料，當(dāng)推料油缸行進(jìn)至前部限位開關(guān)后，經(jīng)延時自動返回，直至觸及尾部限位開關(guān)，使計(jì)數(shù)器動作一次；計(jì)數(shù)器發(fā)出信號，兩個側(cè)部油缸再次帶動沖頭前進(jìn)。如此重復(fù)2·4次上述動作，直至破碎工作完畢，破碎好的物料通過格篩下至輸送機(jī)上運(yùn)走。
2 500 t殘極破碎機(jī)存在的問題
    500t殘極破碎機(jī)已經(jīng)經(jīng)過了十多年的運(yùn)行，由于當(dāng)初設(shè)計(jì)的局限性，存在許多問題，主要包括以下幾個方面。
2.1油缸磨損老化
    主油缸導(dǎo)向套磨損嚴(yán)重，有外泄漏現(xiàn)象，活塞與沖頭的接觸端面變形，導(dǎo)致作用力不均勻；側(cè)部油缸、推料缸、充液閥頂出缸等導(dǎo)向套與活塞密封均存在磨損，有泄漏，且側(cè)部油缸與尾座連接方式不合理，經(jīng)常出現(xiàn)缸座損壞情況。
2.2導(dǎo)軌、機(jī)體部分磨損變形
    沖頭支撐導(dǎo)軌磨損嚴(yán)重，其承載性能和導(dǎo)向性能嚴(yán)重劣化；推科板的導(dǎo)向套磨損間隙變大，導(dǎo)向性能差，滑塊變形嚴(yán)重；傾翻板損壞，已無法保證正常工作。
2.3充液閥故障
    主油缸推動沖頭前進(jìn)的動力通過充液閥獲得。充液閥的作用有二：①當(dāng)側(cè)部油缸帶動沖頭快速前進(jìn)時，活塞推動頂桿上移，頂桿推開錐形閥芯，打開充液閥，油箱中的油被吸入主油缸內(nèi)，起到快速充液、填補(bǔ)缸內(nèi)真空的作用；②當(dāng)主油缸進(jìn)行擠壓破碎作業(yè)時，活塞下移，閥芯下部被壓縮了的彈簧自動張開，拉動閥芯下降，并堵住充液口。當(dāng)打開高壓油閥后，高壓油便沿著閥芯周圍的空腔進(jìn)入主油缸，提高了主油缸的壓力，進(jìn)行破碎工作。充液閥是一種卸載式液控單向閥，主油缸中液壓油的吸入和排出，均取決于控制活塞的位置。控制活塞要打開錐形閥芯，必須克服三方面的阻力，即彈簧的向下推力；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。其間最常見的故障是由于沖液閥采用臥式安裝，活塞與控制油缸內(nèi)壁之間發(fā)生磨損，出現(xiàn)泄漏。由于殘極破碎機(jī)所處的工作環(huán)境粉塵大，液壓油容易被污染，造成活塞與控制油缸內(nèi)壁之間的磨損加劇。
2.4液壓系統(tǒng)故障
    由于該殘極破碎機(jī)運(yùn)行多年，液壓管路泄漏嚴(yán)重，管內(nèi)油垢堆積；部分液壓閥老化，存在內(nèi)外泄漏問題。液壓齒輪泵頻繁損壞，平均使用壽命僅3個月，而且壓力不穩(wěn)定。各壓力表功能喪失，相應(yīng)測試點(diǎn)的壓力無法判斷是否正常；油箱冷卻器已壞，功能喪失多年；部分液壓閥老化，壓力不穩(wěn)定，功能喪失，泄漏嚴(yán)重。
2.5  電氣系統(tǒng)故障
    原設(shè)計(jì)的線路均采用黑皮線，經(jīng)過長時間油浸泡后出現(xiàn)膨脹，外皮脫落現(xiàn)象十分嚴(yán)重，常出現(xiàn)短路、接地等故障。由于目前采用電磁繼電控制方式，自動化程度低且維修不便，故不同程度地出現(xiàn)元器件老化現(xiàn)象，動作遲緩，靈敏度降低，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行，設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效益降低。
3、改造內(nèi)容
3.1油缸
    更換全部油缸，油缸采用國內(nèi)制造、質(zhì)量較好的仿制Parker油缸。
3.2導(dǎo)軌機(jī)體部分
    更換沖頭支撐導(dǎo)軌、推料板導(dǎo)向套以及滑塊和傾翻板。
3.3側(cè)部油缸尾座的改造
    運(yùn)行一段時間后導(dǎo)軌發(fā)生磨損，導(dǎo)軌面凹凸不平，而側(cè)部油缸與尾座的連接方式原為水平轉(zhuǎn)動，推料板在導(dǎo)軌上滑動時，導(dǎo)致側(cè)部油缸的上下擺動，使側(cè)部油缸尾座經(jīng)常損壞。故將側(cè)部油缸與尾座連接方式由水平轉(zhuǎn)動改為上下轉(zhuǎn)動（見圖2）。
3.4液壓系統(tǒng)
3.4.1改進(jìn)前后液壓系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)對比（見表1）
 
3.4.2液壓管路及液壓閥
    重新設(shè)計(jì)液壓站，管路重新配置，油管采用Parker公司提供的精密冷拔無縫鋼管，油管接口少，泄漏點(diǎn)少，除低壓管路的管道連接部件采用法蘭連接外，其余均采用Parker公司的EO接頭和軟管；壓力繼電器選用德國HAWE的柱塞式壓力繼電器，并帶有表盤；閥件全部采用Parker公司的液壓閥，板式集成塊連接結(jié)構(gòu)，所有閥件全部安裝在油路閥塊上，閥塊上直接引出油缸、壓力表、壓力繼電器接口，以及進(jìn)油口和回油口，體積小，外觀整齊；回油過濾器選用國產(chǎn)高過濾精度、大公稱流量的RFB - 800過濾器。
3.4.3液壓泵
    為了加大液壓泵的流量，減小電動機(jī)座尺寸、體積和重量，將原來的6極電動機(jī)改為4極電動機(jī)。共配置兩臺柱塞泵，一備一用，亦或兩臺泵同時工作，液壓泵采用Parker公司生產(chǎn)的定量柱塞泵，額定壓力為42 MPa，排量為110 mL/r。油泵采用Parker公司生產(chǎn)的JMF12 - 110型定量柱塞泵，噪音小，工作性能穩(wěn)定，使用壽命達(dá)到傳統(tǒng)齒輪泵的兩倍以上。該液壓泵具有獨(dú)特的球柱塞設(shè)計(jì)，能夠在極高的軸轉(zhuǎn)速下使用，工作壓力可達(dá)48 MPa，軸與缸體之間的夾角為400角，使液壓泵的結(jié)構(gòu)十分緊湊，重量輕，僅為36 kg，最高工作溫度可達(dá)80℃，最高轉(zhuǎn)速達(dá)3600r/min。
3.4.4充液閥
    采用貴陽奧特公司設(shè)計(jì)制造的新型立式充液閥，不僅避免了臥式安裝時活塞與控制油缸內(nèi)壁之間的磨損，而且該泵具有體積小、流量大、工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。
3.4.5軌道潤滑系統(tǒng)
    采用多點(diǎn)潤滑方式，即每個小柱塞泵直接向其對應(yīng)的一個潤滑點(diǎn)供給潤滑脂。
    潤滑系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)：
    公稱工作壓力10 MPa 
    每口給油量  0～0.2 ml次
    給油次數(shù)    13/min
    貯油桶容積  23 L
    出油口數(shù)（點(diǎn)）  18個（實(shí)際使用16個，2個備用）
    潤滑脂錐入度  不低于300 (25℃，150 g)1/10mm
    銅管規(guī)格    Ø8×1
3.5控制系統(tǒng)
    本次改造重新鋪設(shè)了從操作臺到液壓站及潤滑站的動力電纜和控制電纜；根據(jù)控制的技術(shù)要求，在操作臺內(nèi)增加低壓元件及擴(kuò)展模塊；控制電壓為DC24V；電氣控制系繞采用西門子公司生產(chǎn)的S7 -200系列PLC，代替原來使用的電磁繼電器，CPU模塊為226XM，包括一個中央處理單元(CPU)、電源及數(shù)字量1/0點(diǎn)，上述元件均集成在一個緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。對各工位的動作進(jìn)行編程，主要由控制柜、操作臺、端子箱、電器元件、執(zhí)行元件和檢測元件等構(gòu)成。操作臺上相應(yīng)的動作按鈕及指示燈，均可實(shí)現(xiàn)自動／手動轉(zhuǎn)換以及相應(yīng)的動作操作，指示燈反饋相應(yīng)的動作或故障信息。另外還設(shè)有冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)。
4、結(jié)束語
    500t殘極破碎機(jī)經(jīng)過改造，更換了關(guān)鍵的運(yùn)行部件，恢復(fù)了設(shè)備的使用性能，在控制方面進(jìn)行了可編程改造，提高了設(shè)備產(chǎn)能，解決了動作遲緩、靈敏度降低等問題，改變了過去國產(chǎn)齒輪泵壽命低、臥式充液閥故障頻繁的弊端，僅備件費(fèi)用一年即可節(jié)約10萬元。同時，由于設(shè)備停機(jī)時間減少，故產(chǎn)量增加，降低了檢修工作的勞動強(qiáng)度。
    三門峽富通新能源銷售顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)、破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)等機(jī)械設(shè)備。