0、引言
中国铝业某公司炭素厂500 t残极
破碎机是电解铝用阳极生产中的重要设备之一，其作用是将阳极生产中的残次阳极块破碎后，与阳极原料混合后再次利用。此设备的生产能力、工作稳定性和运行可靠性对阳极生产起重要作用。自500 t残极破碎机安装后，一直未达到设计能力，主要问题包括：主缸加压无力，速度过慢，甚至不能破碎阳极块；辅助缸回程速度慢，曾发生由于主缸不能退回而造成设备停用事件。遂对该破碎机的原液压系统进行分析，提出改进措施，并按最低成本的原则对原系统进行了部分改进。
1、500 t残极破碎机液压系统组成、特点及工作原理
1.1液压系统的组成
500 t残极破碎机液压系统主要由液压站、轨道及其润滑系统、主缸、充液阀、油缸、管路和电气控制系统等组成，其中液压站由箱体、泵机组和阀组等组成（见图1），泵机组由两台柱塞泵和两台四极电机组成；电气控制箱体由操作台和控制柜等组成，电气系统采用PLC控制。
1.2液压系统的特点
500 t残极破碎机液压系统性能稳定可靠，工作寿命长；共配置两台柱塞泵，一备一用，亦可两台泵同时工作；油泵采用Parker生产的定量柱塞泵，噪音小，工作性能稳定；便用寿命将比传统的齿轮泵提高二倍以上。阀件全部采用Parker原装叠加阀，集中安装，体积小，外观整齐，钢管采用精密无缝钢管，油管接口少，泄漏点少。
1.3原液压系统工作原理
图2所示为500t残极破碎机的部分液压系统原理图。主控制回路为插装阀结构，两台手动变量泵为系统供油，由插装溢流阀实现两级压力控制（辅助缸快进和快退为低压，主缸加压破碎为高压）。主缸为单作用柱塞缸，辅助缸为双作用活塞缸，采用分流集流阀，实现两缸的同步运动，并带动主缸快进和快退；主缸与辅助缸一起实现加压破碎。充液阀由双作用活塞缸控制开启与关闭，实现主缸快进时的充液与快退时向油箱排液。充液阀开启与关闭的动作由一级叠加阀控制，控制压力取自主控制回路。其中充液阀的作用是利用其内部的活塞杆开启阀口，从而保证侧缸在快速前进或后退时，主油缸随之从油箱里大量吸油或排油。当活塞杆下降、关闭阀口时，压力油顺利通过充液阀进入主油缸，推动主柱塞进行破碎工作。为消除油缸和流液阀中的气体，在充液阀顶部装有排气阀。
破碎机的自动循环动作通过PLC来控制。
2、问题与故障分析
500t残极破碎机原有液压系统部件陈旧老化，压力不稳定，速度慢，泄漏严重，液压阀个体较大、笨重，液压阀为板式连接，给维护检修带来极大不便，且工作效率低，自动化程度低。破碎一块废阳极需用时7～8 min。
(1)主缸加压无力，经分析，速度过慢的原因为在快迸转加压过程中，由于主油路瞬间失压，导致控制油路无压，造成充液阀不能完全关闭所致。因为加压时充液阀必须完全关闭，才能保证主缸中建立起与负载对应的压力，而当充液阀不能完全关闭时，将造成液压泵供油中的一部分经充液阀返回油箱，主缸速度必然过慢；自然无法建立起足够的压力，导致不能破碎阳极块。
(2)辅助缸回程速度慢，主要原因是充液阀不能完全开启，主缸回油不畅；主缸不能退回的原因是充液阀没有开启，主缸无法排油。
3、故障排除和系统改进
原系统设计中控制充液阀动作的控制油路压力取自主油路，主油路中油压力的变化将直接影响控制油路的压力。为排除故障，采用了最简单的办法，即调整PLC程序，在快进转加压的过程中，将控制主缸加压的插装阀之先导电磁阀延迟几秒钟开启，待控制压力使充液阀关闭后再开启插装阀。经几次试验，最终确定推迟2s即可达到正常加压、破碎阳极块的目的。
同样，辅助缸回程的转换时间点延迟进行，待控制压力使充液阀完全开启后，再开启插装阀，使辅助快速退回。但在采取上述措施后，系统仍存在辅助缸回程速度较慢的问题。
为了彻底解决问题，对原系统进行如下改进：在控制油路中加设蓄能器，以维持控制油路的压力，保证充液阀的正常动作（完全开启或关闭）。
从最低成本的原则出发，在叠加阀组中增加一叠加块，引出旁通油路与蓄能器(工作体积为11)相连（见图3）。
液压系统改进后，当主油路压力升高时，蓄能器可以蓄压，当主油路压力降低时，蓄能器维持控制油路的压力使之不致丧失，从而保证了充液阀的完全开启或关闭。将改进后的系统安装使用后，取得了预期的效果�？旖�、加压、快退工况转换正确，辅助缸回程速度明显加快，提高了生产效率。现已正常运行4个月，解决了长期困扰炭素厂残极积压的问题。
改进前后液压系统的主要技术参数：
工作压力 15 MPa
额定压力 42 MPa
工作流量 （单泵）163 L/min
泵转速 1480 r/m/n
供料缸在单泵工作时工作参数：
前进时速度v进=200 mm/s
流量Q进=141 Umin
后退时 速度v退=200 mm/s
流量Q退=99 Umin
推料缸在单泵工作时工作参数：
前进时速度v进=300 mm/s
流量Q进=220 L/min
后退时速度V退=300 mm/s
流量Q退=152 L/min
副油缸尾部采用球铰结构；在单泵工作时工作参数：
前进时速度v进=300 mm/s
流量Q进=141 L/min
后退时速度V退=300 mm/s
流量Q退=99 L/min
4、结论
在500 t残极破碎机液压系统的改造过程中，使用了国产蓄能器和液压阀等液压元件，全部改造费用不到一万元。改造内容包括使用了充液阀，更新了滑道及增加滑道的自动润滑装置，同时增加了该设备的自动冷却装置，大大提高了液压系统的使用性能，解决了原生产中存在的诸多问题，使该破碎机破碎时间减少为4 min/块，效果良好。目前该液压系统工作正常。
