在電解鋁用碳陽極生產廠中，500 t油壓
破碎機是十分重要的設備，它是用來破碎不合格的生、熟陽極塊的。破碎機主要由擠壓裝置、液壓站及管路系統(tǒng)等三部分組成。其碎料程序是：
當起重機將需要破碎的碳塊送到擠壓裝置后，兩個側部油缸動作，帶動沖頭前進，同時打開充液閥，油箱的油便被吸入主油缸一柱塞缸的后腔；當沖頭觸及碳塊后，油壓開始上升，當壓力達到壓力繼電器設定值時，側部油缸停止前進，延時后自動關閉充液閥并接通高壓油，由主油缸加壓前進；當油壓達到設定值后，保壓一段時間，使碳塊充分破碎，同時油壓開始下降；當壓力低于設定值時，側部油缸開始帶動沖頭后退，并自動打開充液閥，主缸內的油流回油箱；當沖頭碰到限位開關后，側部油缸停止后退；延時后，松料油缸自動前進，將破碎后的料推回擠壓室中央。此時細料經格篩漏下，大塊料仍留在篩上；當料油缸碰到前部限位開關后，經延時自動返回，直至碰到尾部限位開關，使計數(shù)器動作一次；計數(shù)器發(fā)出信號，兩個側部油缸再次帶動沖頭前進，重復上述動作，一直到破碎完成。
1、存在的主要問題
該設備自2002年投入生產以來，便陸續(xù)暴露出不少問題。其中部分問題經整改已取得不錯的效果，如由于冬季環(huán)境溫度過低，液壓裝置啟動困難這一問題，通過在油箱底部增設電加熱器與溫控設備，已徹底解決。
但始終困擾著生產的難題為：
①主油缸動作不暢，破碎效率低。其主要表現(xiàn)是：當側部油缸動作，拖動主油缸前進時，主油缸移動遲緩，甚至出現(xiàn)斷續(xù)停頓狀況；同樣的情況也發(fā)生在側部油缸帶動沖頭后退過程中。經多次實測，每塊的破碎時間高達12～15 min，破碎效率遠小于系統(tǒng)的要求，造成大量廢塊積壓，影響到工藝配料。
②導軌磨損過快，嚴重時每月需更換一次。由此造成頻繁停機，不僅使維修費用和維修工作量大大增加，還使原本就緊張的破碎工作雪上加霜。
2、主要影響因素分析
2.1主油缸動作不暢，破碎效率低
與側缸、沖頭和充液閥等部件組合在一起的主油缸是破碎機的主要做功件，其推動沖頭前進的的動力是通過充液閥獲得的。充液閥的作用有二：一是當側缸帶動沖頭快速前進時，活塞推動頂桿上移，由頂桿推開錐形閥芯，把充液閥打開，油箱里的油便通過A口及B口吸入主油缸內，起到快速充液，填補缸內真空的作用；二是當主油缸進行擠壓破碎時，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，并把充液口堵住。當打開高壓油閥后，高壓油便由P口沿著閥芯周圍的空腔通過B口進入主油缸，以提高主油缸的壓力進行破碎工作。同樣，當側缸快速返回時，帶動主柱塞后退，主油缸內大量的油也是通過充液閥的A口及B口回到油箱。其B口與主油缸連接，A口與油箱連接，P口與高壓管路連接。充液閥下端有一油缸腔，內有控制活塞，低壓控制油通過C、D兩口推動活塞上下運動，以達到開閉閥芯的目的。充液閥的結構簡圖見圖1。
由上可知，該充液閥是一種卸載式液控單向閥，主油缸中液壓油的吸入、排出，都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：
①錐形閥芯上腔高壓油的壓力；
②彈簧的向下推力；
③活塞與控制油缸內壁之間的摩擦力以及錐形閥芯下部導桿與導向套之間的摩擦力等。
如果活塞對卸載閥和錐形閥芯的推力不夠大，會使閥芯無法打開或者打開不充分，從而影響主油缸的回退速度和前進速度，嚴重時甚至使主油缸無法動作。充液閥的卸壓過程分兩步，首先控制活塞上移頂開卸載閥的閥芯，使主油路卸壓，然后再頂開錐形閥芯。這樣可減小控制壓力。由設備使用說明書可知，由P口進入沖液閥的高壓油壓力高達16MPa，推動活塞的控制油壓力為7 MPa。經觀察，兩者之差形成的推力不足以充分打開充液閥。從結構上分析該閥，可以認定活塞上的兩道Yx形密封產生的摩擦力不是很大，彈簧力也僅僅起到使錐形閥芯復位之作用。但是，導向套支撐環(huán)僅有一道，并且加工粗糙，與閥體的連接采用焊接方式，使閥芯的導向結構定位精度不高；加之導向套設計單薄，剛性不足，充液閥的安裝方式又為臥式工作狀態(tài)，使整個錐形閥芯呈懸臂結構，受力方式不合理，這勢必造成摩擦阻力加大。因此，可以認為由于錐形閥芯背壓較大及導向部分設計不合理造成錐形閥芯開度不足。
2.2導軌磨損嚴重
沖頭由沖頭架、齒板、導槽及壓條等組成。導槽與機架內側的導軌相配合，導軌對沖頭起導向作用，使沖頭沿導軌前進與后退。觀察導槽及導軌，可見導向面磨損嚴重。造成磨損嚴重的可能原因有：沖頭組件過重，與導軌摩擦力較大；安裝不合理，存在啃軌現(xiàn)象；導軌與導槽形成的摩擦副異常。經分析圖紙，沖頭重量對磨損的影響并不突出，這在類似設備中可得到印證；通過觀察分析運動軌跡，證明安裝是合乎要求的；進一步研究圖紙察看現(xiàn)場，我們認為癥結在機構設計上。該導軌設計為開式，無任何防護措施，致使在破碎碳塊的過程中，大量的粉狀物料粘附于導軌面，惡化了摩擦面，同時，設計中存在接觸面無潤滑這一缺陷，這樣，盡管導軌由耐磨合金制成，仍使其很快磨損。
3、改造方案
3.1改造回路
鑒于充液閥存在導向套單薄，密封環(huán)加工精度不高等設計和制造缺陷，最初方案為更換充液閥，但由于技術的進步，各生產廠家的充液閥都采用立式結構。而現(xiàn)有系統(tǒng)是按臥式結構設計的，現(xiàn)場已無足夠的空間位置，要想使用新型充液閥，必須對液壓站、管路系統(tǒng)等做相當大的改造，所涉及的工作量大、費用高、工期長。如果實施，將是得不償失的。在充分分析充液閥的結構及液壓系統(tǒng)原理圖后，確定了保留原充液閥，只對控制回路進行改造的方案。其主要內容為：將控制充液閥活塞的低壓油路改為高壓油路，為保持恒壓補充泄漏，同時吸收液壓沖擊，在該油路上增加一個蓄能器及相應的控制閥，改造后的控制原理圖（部分）見圖2。
說明：件1、2、3、4位新增元件；件1為疊加塊，件2為蓄能器用安全閥組，件3為蓄能器，件4為固定組件。改造后的控制油壓經過試驗后設定為11MPa，蓄能器的容量按照活塞的工作腔來設計。
3.2更換已磨損導軌
沿導軌縱長方向每邊新加潤滑點8個，以改善導軌的潤滑條件。同時在兩端安裝刮板，以清潔導軌表面。同時，修改維護規(guī)程，要求操作人員每班注油兩次，清理導軌及沖頭架內的積灰一次。
4、實施效果
自2003年冬改造完成之后，設備運行穩(wěn)定，單塊破碎時間基本穩(wěn)定在7.5 min，超過了配料工藝要求的8.5 min/塊，導軌導向面未見明顯磨損，沖頭動作平穩(wěn)，滿足了生產要求。
