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机械工程类论文 铜冶炼厂液压设备点检、故障诊断及典型故障分析研究

2018-12-21 17:16:27来源:组稿人论文网作者:婷婷

  铜冶炼厂液压设备点检、故障诊断及典型故障分析研究

  摘要

  随着液压设备在国民经济建设中的作用越来越大,企业对液压系统的点检预防故障发生和故障诊断技术人才的需求日益迫切,液压设备点检、故障诊断已成为经济发展所需、科技发展所需和企业发展所需,液压设备点检、故障诊断是预防事故、设备和人身安全的需要,也是预防环保事故的需要。是提高经济效益的需要。对液压设备点检、故障诊断及典型故障进行研究具有很强的必要性和紧迫性。

  本文是在多年工厂一线技术人员不断积累、总结经验的基础上,加上丰富的理论知识,根据铜冶炼厂液压设备的特点,从铜冶炼厂液压设备的点检预防故障发生,及快速诊断故障排除故障等方面开始研究,并对其多年来的典型液压系统故障进行分析研究。对火法冶炼设备及湿法冶炼设备进行分类,在火法冶炼设备中对“倾动炉液压系统典型故障分析”和“铜圆盘浇铸机液压系统典型故障分析”,在湿法冶炼设备中对“电解机组液压系统典型故障分析”,对这些典型液压系统故障进行系统的分析、故障原因分析和诊断过程分析。通过典型案例的研究,总结出了铜冶炼液压设备的点检预防故障发生、故障诊断方法的常用方法、快速方法,最后进行分类汇总。

  本文在研究过程中,结合生产实际的特点,以提高一线技术人员技能为中心,提高理论联系实际的能力,最终将研究成果应用于生产实践中,真正达到研以致用。

  关键词:铜冶炼厂;液压设备;点检;故障诊断;典型故障;

  第1章绪论

  1.1课题研究背景及意义

  液压传动技术在当今世界上发挥着举足轻重的地位,其有着其他各类传动方式难以替代的传动特性和优势,广泛地应用于各行各业,一般应用于重型,大型,特大型设备,如冶金炉窑驱动转动系统,浇铸系统等;军工中高速响应场合,如飞机尾舵控制,轮船舵机控制,高速响应随动系统等;工程机械,抗冲击,要求功重比较高系统一般都采用液压系统[1],以上三个领域是应用液压技术的最多的领域。在平时工作中,由于缺乏对液压知识了解,缺乏对液压系统原理的认识,专业的液压传动技术人员较少,较多的液压系统故障时难以诊断和排除,故障排除过程繁琐时间长导致经济损失。液压系统在各类系统和设备中往往处于动力传输和控制的重要核心地位,伴随着液压系统向快速、大功率、高精度的方向发展[2],且液压系统与电工电子的结合越来越紧密,液压设备出现故障的几率也将提高。随着现代化机械设备技术性能的提高,液压控制系统在工业自动化中起着越来越重要的主导地位,如何预防故障的发生[3],如何快速有效的排除液压故障,是摆在工程技术人员面前的首要任务,这凸显了液压设备点检和故障诊断技术的重要性,液压设备点检和故障诊断已成为经济发展所需、社会发展所需和环保发展所需,对液压系统点检和故障诊断进行研究具有很有必要性。近年来,状态监测及故障诊断技术日益获得发展和重视,与该项技术所带来的重大意义和所带来的巨大的经济效益和社会效益是分不开的,液压系统在现代工业设备中占有重要地位。

  铜冶炼厂液压设备具有连续性、大型化、高度自动化、腐蚀性强及工况恶劣等特点,另外液压系统的泄漏故障,对环境影响较大。铜冶炼厂的液压系统故障及一些参数的波动,会造成大量废品的产生及生产作业停止带来的较大经济损失,带来灾难性的后果。铜冶炼厂很多液压系统都是直接驱动冶金炉窑,若故障会造成人员伤亡等特大事故的产生,所以铜冶炼厂液压设备点检和故障诊断方面的研究具有重要意义和必要性。

  1.2课题研究现状

  1.2.1国外研究现状

  在实施阿波罗计划后发生了较多的设备故障,美国宇航局(NASA)和海军研究所(ONR)在1967年的组织成立了美国机械故障预防小组(MFPG),对设备诊断技术开始进行专题研究[4]。

  英国的研究始于20世纪60年代—70年代初,英国Bath大学的HUNT教授和英国机器保健和状态监测协会(MHMG&CMA)的R.A.COIlacott博士开始研究液压系统故障诊断技术,通过在液压泵上安装加速度传感器及压力传感器实现了故障诊断分析研究[5]。

  20世纪80年代初期至90年代末期,液压系统故障诊断技术特别是基于人工智能的诊断方法发展迅速[6]。

  1991年英国Wales大学CARD IFF研究了基于多层感知机的液压系统神经网络故障诊断[6]。

  1997年法国学者GADDOUNA采用未知输入观测器对液压系统进行故障诊断,同时,基于未知输入观测器的鲁棒故障诊断方法进行了广泛研究[7]。

  2003年,哥伦比亚学者LINARIC等采用神经网络非线性辩识方法对电液伺服系统的故障进行建模,据此实现系统故障诊断。同年,加拿大学者AN等对液压系统电气环节进行故障诊断研究[7]。

  液压设备点检研究主要是起源于日本,新日铁钢铁公司等冶金行业在预防性维修方面作了大量的研究。

  1.2.2国内研究现状

  1986年浙江大学路甬祥、陈章位等对液压系统故障机理与诊断技术作了深入的研究[7]。

  1992年燕山大学赵永凯等,以及上海大学邱泽鳞和陆元章等利用振动信号进行了液压系统故障诊断研究[8]。

  2000年燕山大学高英杰采用信号处理与人工智能诊断技术相结合的方法,实现AGC(Automatic gaugeconr01)液压系统的故障诊断[8]。

  自1994年以来北京航空航天大学自动化学院机械电子工程系开始从事液压系统故障诊断的研究,相继利用专家系统、神经网络、小波分析、鲁棒智能监测与诊断方法实现液压泵、液压舵机系统故障诊断[9]。王少萍采用神经网络、专家系统对液压泵故障进行了全面深入研究,取得了良好效果。

  2002年黄志坚采用故障树分析方法全面分析和研究了轧机液压系统故障。

  2003年杨光琴对小波、小波包分析和多传感器信息融合技术在液压泵故障诊断中的应用作了大量研究[10]。

  陆望龙从工程实践出发编写了《液压阀和液压控制系统》详细论述了主观诊断法的诊断方式方法及每种方法的应用时机,为液压系统现场故障诊断和维修提供了指导[11]。

  广东工业大学的黄志坚提出了逻辑链分析法,为快速诊断现场故障,并以VKI一2型中空成型机为例具体说明了逻辑链分析法的应用[11]。

  宝钢公司对设备点检预防(含液压设备)方面做了大量研究,有着完整的点检维修预防制度。

  1.3液压传动技术发展历程

  1795年,英国人用水作为工作介质,水压传动应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机,成为液压传动技术的开始[12]。

  1905年,水压传动有较多的缺点,研究人员将工作介质水改为矿物油(就是目前采用的液压油),成为目前的液压传动采用的传动介质。

  1914—1918年,在第一次世界大战期间,液压传动技术在军工行业广泛应用并得到提高。

  20世纪30年代液压传动技术大量地应用于起重机、机床及工程机械等行业[13]。

  在第二次世界大战期间,液压传动技术得到了进一步发展,响应迅速及精度高的液压控制元件应用于各种军事武器(如坦克)。二战结束后,军工液压技术成果迅速转向民用工业。

  1952年Rexroth公司开始生产液压产品,1953年Bosch公司开始生产液压产品,2001年Bosch和Rexroth合并。Bosch和Rexroth公司为液压技术的发展贡献了力量。

  20世纪60年代以后,液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。

  20世纪70年代到90年代,液压技术的发展广泛的转化或移植其他行业的研究成果,如比例阀技术和电液伺服阀技术等。

  近些年以水为传动介质的液压传动技术(即水压传动)再次开始进入研究期,水压传动技术是基于绿色设计和清洁生产技术而重新崛起的一门绿色新技术。重点研究液压元件的腐蚀问题[13],水压传动可以有效的解决油压传动带来的环保问题。

  1.4课题研究基础与条件

  本人自工作以来,一直从事设备维护工作,所在单位液压设备较多,且都是大型化、连续作业的冶金液压设备,所管理的设备有进口成套设备也有国产自主设计设备,进口成套设备主要有Rexroth公司的倾动炉液压倾转系统,德国DDS公司的加料机液压系统,奥托泰公司的圆盘浇铸机液压系统,国产自主设备主要有铜圆盘浇铸机液压系统,残极加料机液压系统等。在液压系统的点检维护、故障判断及系统设计等方面积累了丰富的经验,并参与我厂液压系统专业小组的工作,为我厂的液压系统维护及故障判断方面提供技术支持,曾发表论文《铜圆盘浇铸机液压系统常见常见故障的排查与改进》、承接厂级研究课题《自动备料液压升降平台》。最近这几年来在导师的指导下,通过在职工程硕士课程的学习,理论联系实践,掌握了科学的研究方法,提高了专业技能和敬业精神,具有了较强的技术研究能力和较强的动手能力。对本课题的研究具有一定的帮助和促进作用。

  1.5课题研究思路

  1.5.1研究内容和目标

  本课题的研究内容:主要是对液压系统事前点检预防开始研究,对液压故障诊断的一般方法进行研究,提炼出铜冶炼液压设备典型故障案例进行分析与研究,并对故障现象判断分析方法进行分类汇总。

  本课题的研究目标:从故障发生前开始研究,主要是事前点检预防。对液压故障的分析方法和典型案例研究,确立液压系统故障诊断分析的基本思路及流程,将液压系统故障诊断方法总结编制成册,为技术人员快速排除故障提供技术支持。

  1.5.2研究方法和理念

  本课题的研究方法:研究过程中主要采用了理论联系实践法、头脑风暴法、思维导图法和编制数据法等。

  1、理论联系实践法:对液压传动技术深入的学习,不断学习各种典型液压故障的诊断案例,结合平时工作中不断的经验积累,不断的总结提高。

  2、头脑风暴法:对难以诊断的故障,组织技术人员召开讨论会,集思广益,进行了典型案例分析。

  3、思维导图法:根据确定的典型案例,用思维导图的形式展现出来进行研究。

  4、编制数据法:将提炼出来的液压系统故障原因及诊断方法,编制数据库,为设备技术人员提供技术支持。

  本课题的研究理念:贯彻理论联系实践的理念,提高事前点检预防的思想,将故障隐患排除在萌芽状态,采用任务驱动,并将研究成果应用于生产一线的液压设备维护中,用于技术人员在液压系统点检和故障的诊断,真正能帮助一线技术人员的预防故障发生,以及故障发生后能快速的排除故障恢复生产的能力。

  1.5.3设计思路

  本课题的设计思路:

  1、结合生产实践的特点,以降低故障率为中心,以快速排除液压系统故障为基本出发点,引入液压系统典型故障诊断案例,突出排除过程,提高分析和解决问题的能力。

  2、根据工厂一线技术人员的知识结构和技能参差不齐的特点,以典型故障诊断为载体,从液压系统各部件和回路的工作原理出发,系统地介绍液压系统点检预防和故障诊断的方法,以及典型的铜冶炼厂液压设备故障分析案例,培养技术人员维护和快速排除故障的能力。

  3、在课题研究、论文撰写过程中,将设备点检预防、故障诊断方法贯穿于整个研究过程中,拓展思路。

  4、将提炼出来的液压系统故障原因及诊断方法,编制数据库,为设备技术人员提供技术支持,以液压系统故障专家诊断数据库为论文最终的成果。

  1.5.4拟解决的关键问题

  本课题拟解决的关键问题:贯彻理论联系实践的理念,提高事前点检预防的思想,将故障隐患排除在萌芽状态。在理解常用液压系统工作原理、各个液压回路及故障诊断方法的基础上,对铜冶炼厂主要的液压设备典型故障案例进行了分析研究,将液压系统故障现象及排除方法分类汇总,为一线工程技术人员提供技术支持。

  1.6本文结构

  本论文是以铜冶炼厂液压设备点检、故障诊断及典型故障分析为研究对象,进行了典型案例分析,确定了典型故障诊断与维修的基本思路与基本原则,并针对倾动炉液压系统、铜圆盘浇铸机及铜电解机组典型案例的诊断进行了详细研究。

  第1章绪论。首先介绍课题研究背景,阐述国内外研究现状,然后对研究基础和条件进行了分析,对研究思路进行了说明,最后对本论文的结构进行介绍。

  第2章液压设备点检方法。介绍了液压设备的点检方法及特点,讲述了液压设备维护的意义及必要性、然后说明了液压设备管理的关键点。

  第3章液压系统常见故障的诊断及消除方法。液压系统的工作原理及发展历程,液压系统故障分类及特点,铜冶炼厂液压设备故障特点,液压系统故障诊断方法。

  第4章倾动炉液压系统典型故障诊断分析研究。对倾动炉进行介绍,对倾动炉液压系统工作原理进行介绍,对倾动炉液压系统典型故障进行诊断研究。

  第5章铜圆盘浇铸机液压系统典型故障诊断分析研究。首先对圆盘浇铸机进行了介绍,给出圆盘浇铸机工艺流程图,对圆盘浇铸机典型液压故障诊断进行了分析。

  第6章电解机组液压系统典型故障诊断分析研究。对电解机组进行了介绍,对铜电解机组典型液压故障诊断进行了分析。

  第7章总结与展望。对全文进行总结,提出本论文的研究结果,并对今后的工作进行了展望。

  最后,给出了参考文献和致谢。

  第2章液压设备点检方法研究

  “上工治未病,中工治欲病,下工治已病”,这是几千年前的名医扁鹊的治疗思想[14],不治己病治末病,中医“治未病”思想被国际上称为最先进、最超前的思想,它将人们的认识带入“无病世界”的最高境界。设备维护和中医理论有着异曲同工之处,液压设备要想维护的好,必须从点检开始,从液压系统细微的变化,发现即将会发生的故障,将故障排除在发生之前。本人将从液压设备的点检方法开始研究,从事前开始预防故障的发生。

  2.1液压设备的日常点检方法

  做好液压设备的检查维护是保证液压设备正常运转的关键,即使是一台很好的液压设备,如果不注意检查维护,就会发生小问题演变成大故障而影响生产。良好的维护还能使设备处于良好的性能状态,并延长使用寿命。

  近年来液压技术得到迅速的发展和广泛的应用。在成套引进的设备中,采用液压传动与控制的装备所占有的比例也日趋增高。要及时发现液压装置的故障隐患并加以及时修复,采取有效的措施使其功能得到保持。其最根本的一条使透彻地理解液压原理,对液压系统进行专业的点检,点检过程应注意以下几点:

  1、噪音;2、振动、冲击;3、泵及原动机的温度、噪音、回转情况、松动、输出流量、磨耗与破损;4、油液泄漏(内部、外部);5、压力状况(压力表的精度及指针的振摆、压力的调整值);6、液压油的状况(温度、粘度、油量、杂质、空气、水分、劣化等);7、各种阀的动作、调整值的变化及调节、磨损、损坏;8、辅助设备及结构件磨损、变形、破损;9、机械连接机构及安装的状态;10、液压缸、液压马达的运动状况和输出能力的变化;11、电气系统的故障。

  2.2液压系统具体部位的点检方法

  点检是避免大故障的产生和设备维修的基础,液压系统进行预防点检,可以将故障隐患排除在萌芽状态,避免产生大故障、大维修。通过点检可以确定修理项目,编制检修计划,表2.1至表2.3分别列出液压设备日常点检项目、定期检查项目和精密点检项目。

  2.2.1液压站的点检方法

  1、油位点检:通过观察液压油箱的液位器,一般液位在刻度的2/3位置,但也要注意检查液位器出现失灵的情况,原则上每年用颗粒计数器对其清洁度检查一次。

  2、检查泵吸油口、出油口和其他部分阀门是否处于开启或关闭状态,检查泵吸入口的密封情况[15]。

  3、蓄能器点检:若是皮囊式蓄能器,需要检查蓄能器的充氮压力,一般情况下其压力为系统工作压力的2/3,皮囊可以更换[15]。

  4、电动机点检:旋转方向原则上顺时针旋转,电机运行正常无异常响声,振动值在规定范围内,电机轴承在规定时间内进行更换。

  5、系统压强点检:正常液压站系统工作压强要略小于液压泵的额定压强,调节系统压强需由专业技术人员进行调节。定量系统调节溢流阀:顺时针压力升高,逆时针压力降低。变量系统需对泵的压力流量阀和溢流阀进行组合调节。

  6、油温点检:通过观察液位器内置的温度计,正常液压站油温在44~55℃,不宜超过60℃,一般液压站上都配有水冷或风冷器。

  7、过滤器点检:过滤器一般都安装有压差传感器,来判断过滤器是否堵塞,该部位点检时要确认堵塞报警灯是否亮,也可把信号接入程序控制,做出报警指示。

  8、点检液压站及油路管道是否有泄露现象,及各个部位的清洁度。

  9、过滤器点检:原则上每半年应拆出滤芯,仔细检查滤芯内是否有异物或者破损,切记检查前先关闭整个液压系统的电源。

  2.2.2液压阀台的点检方法

  液压阀台主要有油路块、电磁换向阀、比例阀、节流阀及液控单向阀等。

  1、确认电磁换向阀动作正确,并且相应指示灯有显示,阀无漏油现象。

  2、检查各液压阀及管道连接处无泄漏。

  3、确认各阀台的进出油阀门均打开。

  4、各个液压元件要保持一定的清洁度。

  2.2.3液压缸及管道的点检方法

  1、动作平稳,速度符合要求。

  2、确认活塞杆表面无磨损。

  3、检查油管接口及缸头密封处无泄漏,活塞密封无内渗。

  4、液压软管无破损。

  5、管路各接口及焊接口完好无泄漏、腐蚀。

  表2.1液压设备的日常点检项目及内容

  序号项目内容1油箱液位在规定范围内2油温在规定范围内3系统(或回路)压力压力稳定,与要求的设定值相一致4噪声、振动无异常噪声和振动5行程开关和限位块紧固螺钉无松动,位置正确6漏油全系统无漏油7执行机构的动作动作平稳,速度符合要求8各执行机构的动作循环按规定程序协调动作9系统的联锁功能按设计要求动作准确表2.2液压设备的定期点检项目及内容

  序号项目要求周期1液压件安装螺栓、液压管路

  法兰连接螺栓、管接头定期紧固⑴10MPa以上系统,每月一次

  ⑵10MPa以下系统,每三个月一次2蓄能器充气压力检查充气压力符合设计要

  求每三个月一次3蓄能器壳体的检验按压力容器管理的有

  关规定按压力容器管理的有关规定4滤油器及空气滤清器定期清洗或更换按滤器的污染报警指示

  一般系统:4周~6周

  处于粉尘等恶劣环境下工作的系统:2周左右5液压软管定期检查更换根据设备的工作环境(如温度、振动、冲击等)确定表2.3液压设备的精密点检项目及内容

  序号对象内容周期1⑴工作频度高,工定期从设备上拆卸并上试⑴根据工作频度及工况条件确定周续表2.3液压设备的精密点检项目及内容

  序号对象内容周期1况较恶劣的元件

  ⑵在实际运行中经常发生故障的元件验台进行性能测试。测结

  果性能好的可作为备件使

  用;性能不好的必需进行检修。期,一般应在6个月~一年内检查一次

  ⑵根据实际无故障运行时间确定检查周期2伺服阀同上工作频度高的6个月检查一次,一般使用频度的一年检查一次3比例阀同上建议一年检查一次4动圈式伺服阀同上建议一年检查一次2.3液压设备已有异常现象时的点检方法

  液压系统在工作中产生故障是难免的,故障一般不会突然发生,因为无论是液压元件磨损、性能下降,还是寿命缩短等等,都是一个劣化过程,并总会出现一些劣化征兆,如温升、振动、噪音等,当劣化发展到一定程度才会产生故障[16]。点检的目的就是要及时发现这些问题并加以控制或排除。从而防止故障的发生,保证安全生产。

  对液压系统劣化程度的判断,用的方法是将点检液压系统所获得的情况与其正常状态进行分析和比较。所以,为了早期发现劣化,点检人员要充分掌握液压系统的正常状态下的各种信息,用异常现象和正常信息作对比。

  表2.4液压元件和执行机构异常的点检方法

  种类异常现象检查部位执

  行

  机

  构速度慢无压力动作不良流量调节阀、溢流阀、负荷阻力、管路阻力、各个阀的内泄漏溢流阀设定、减压阀、负荷阻力顺序回路阀、卸荷回路、截止阀、旁通阀液

  压

  元

  件压力升不上去

  泵异常工作油温上升溢流阀、泵排油量(不足)、负荷(小)、卸荷回路、旁通截止阀、压力表开关吸油列管,工作油(不足),吸油侧截止阀。冷却器截止阀,加热器(连续使用),油量(不足)在运转中,如发现压力表或油缸等执行机构动作部分有异常现象时,首先要查清这是由于调整不良造成的还是液压元件故障。所以,要逐项检查安装状态和调整、设定等是否正确。表2.4列出了元件和执行机构的异常现象和要作点检的部位。

  在考虑液压系统的故障时,应对刚投入运行的液压设备和使用一年以上的液压设备分别对待。因为他们产生故障的部位、内容和原因都有所不同。如长期使用的液压装置就没有滑动部分跑合,使用环境条件适应及回路错误等突发性故障,但是却存在着磨损造成的效率下降,局部的消耗和附着污染物、生锈等问题。因此,对使用一年以上的液压设备,点检的重点要放在由于性能下降和元件寿命等所引起故障上。表2.5列出了这种设备的故障及其产生原因。

  表2.5使用一年以上液压设备的异常现象及其产生原因

  主要现象易发生的故障内容主要原因计量仪表失常压力表、温度计油位计等振动、外力、机械性故障安装螺栓松动漏油、动作不良、噪音振动配管方面松动漏油死管坏死振动工作油的变化老化、污染、变色、腐蚀高温使用、回路污染、老化油的残留冷却器效率降低油温上升附有水垢、附有污染物过滤器网眼堵塞机器的动作不良,泵噪音、磨损增大油的变化,污染物磨损粉末泵噪音、效率下降输出寿命缩短、破损泵磨损、产生气穴作用、密封件寿命压力控制阀稳定性差应力变弱,响应性恶化、动作不良寿命、局部磨损、泵及换向阀影响各控制阀设定不足效率下降输出不足设定位置变动、效率下降各控制阀的性能不足内部泄漏,效率下降,输出不足磨损寿命局部变化(老化)整个系统的生锈状态动作不良、磨损增大油老化,生锈,含有水分配管系统的生锈状态动作不良、磨损增大油老化,生锈,含有水分各密封材料的老化漏油、下降老化寿命、磨损橡胶软管老化破裂、漏油老化寿命、磨损油箱内防锈涂料剥离成为污染物老化而剥离执行机构速度下降生产率下降,异常动作整个系统的效率下降,局部内部泄漏执行机构效率下降生产率下降,异常动作执行机构内部磨损,老化液压设备的故障(包含小的异常现象),可通过油缸等执行机构的工作状态、噪音和异常声音等的变化和观察压力表、温度计等计量仪表来发现。在进行综合检查时,为观察机件的磨损状态和锈蚀状态等劣化程度,需将装置进行解体点检。当装置发生异常现象时,应按顺序对系统进行检查,检查顺序通常是从动力发生装置侧开始,而执行机构的检查则排在最后,如表2.6所示。

  表2.6点检的顺序及要点

  序号检查部位要点1油箱及周围油位计、油温计(指针晃动一般允许在最小刻度的1/2内);工作油的状态(颜色、气泡);油箱裂纹损伤和漏油等。2过滤器指示器动作,网眼堵塞、污染物的数量、性质和大小。观察进口压差。各部螺栓松动漏油。3弯管破损、腐蚀(大于壁厚10%以上深度缺陷更换)、裂纹、凹陷(直径20%更换)、泄漏、连续松动。4液压泵噪音异常稳定、振动、轴部分及外部泄漏、泵体松动变形、表面温度、压力表的振动、连接部松动、密封部分、异常高压、磨损、龟裂、气蚀、液压油污染、水分混入(造成泵绞死锁紧)5压力表溢流阀的稳定状态、设定压力、系统的动作性(响应性)、循环操作、蓄能器气压、压力开关动作。6液压阀类动作状况(灵活、异音、发热、振动、泄漏等)溢流阀:检查更换推阀芯,异物堵塞;阀体磨损;背压力电磁换向阀:换向时声音、冲击、换向速度、固着现象,电磁铁动作状况及温度;内泄漏。动作状况(①跳动、空气中混入低速运动下产生爬行,速度时快时慢的窜动。②流量控制阀本体特性造成。)7液压缸(执行机构)密封件磨损造成内、外泄漏。停止时的状态(载荷保持、微动作)。速度(快、慢)。输出(力量过强、力量过弱)。缸壁的磨损(或镀层的剥落)变形及裂纹2.4液压油点检方法研究

  液压油就是利用液体压力能的液压系统使用的液压介质,在液压系统中起着能量传递、抗磨、系统润滑、防腐、防锈、冷却等作用[17]。液压油的粘度变化直接与液压动作、传递效率和传递精度有关。当前液压元件正向着体积小、功率大方向发展,系统压力越来越高,有的已突破50MPa。液压油的点检主要有油温、清洁度、粘度、颜色和气味等。

  据统计,液压系统70%的故障、失效与液压油有关,而其中约90%的因为油内混有杂质(如图2.1所示)。因此对液压油必须进行定期取样检验并判定其优劣。

  图2.1液压系统故障原因比例图

  2.4.1液压油的点检方法

  1、对液压油进行油温检查;液压油的温度60℃为上限,超过60℃,每上升10℃,液压油的寿命降低1/2,这主要是由于高温加速了油的氧化。同时,液压油氧化后也会形成油泥,使得叶片粘合、异常动作,不要轻视液压油的氧化对设备的影响。

  2、对液压油进行定期检查;对非常精密的控制机构而言,5~10um的细微污染物是天敌,即使有效地使用净油机,也要定期地实施清洁度检测,水分也是液压油的天敌,水分能促进润滑油老化、产生锈蚀、造成异常的磨损。

  3、对液压油中产生的气泡检查;对液压油内发生的气泡放任不管的话,液压油会变质、液压泵噪音会增大、控制会不良,引起“原因不明”的故障,因此发现油箱中有气泡,必须尽早采取对策。

  4、避免在液压油中混入水溶性油剂;使用水溶性切削油的机床设备,若在液压装置中混入切削油剂的话,要生成泥浆,泥浆造成的故障如下所示:

  1)、过滤器的堵塞、泵的吸油不良、产生噪音。

  2)、造成方向切换阀咬死、液压缸粘合、液压泵叶片粘合等。

  3)、动作不稳定。

  5、及时防止液压装置的泄漏;漏油并不纯粹是液压油的损失,同时对设备或环境会发生以下影响:

  1)、违反资源的有效利用。

  2)、公害原因。

  3)、容易发生火灾。

  4)、事故早期发现的障碍。

  5)、损失作业环境、卫生环境。

  6)、液压油对周边机器产生坏影响。

  6、粉尘多的地方避免将空气呼吸器直接安装在箱体上,空气呼吸器上安装了较粗的过滤器,不能防止细微粉尘的侵入,在粉尘多的环境中,粉尘会从空气呼吸器处侵入,污染了液压油,造成设备故障。在粉尘多的环境中,要将液压油的油箱和粉尘隔离。可以使用硬管、软管等,将空气呼吸器延长至粉尘较少的场所安装,可以得到很好的效果。

  7、在柱塞泵的运转初期,不要忘记进行加油,柱塞泵在运转初期或在更换时,有时会忘记对它进行加油。在新的泵中是没有油的,必须用液压油将壳体灌满后,才能启动泵。否则,会造成杂音或振动的原因,缩短泵的寿命。

  2.4.2液压油使用禁止要点

  要点一、禁止污染液压油;如果液压油被污染的话,容易造成活塞垫圈或垫片磨损,引起漏油。

  要点二、禁止误选液压油和密封材质;矿物液压油与目前使用的密封材质相容,但是在水乙二醇的液压液中,禁止使用丁腈橡胶,推荐采用氟橡胶密封,丁腈橡胶与脂肪酸脂相容,可以使用。

  要点三、禁止在设备停机时采样;停机时,液压油滞留在油箱内,油中的异物、水、空气等从油中分离,异物和水被留在了底部,空气则被排放至大气中,在该状态下对油实施分析是有差别的。为了检测出液压油的清洁度,在运转过程中采集分析用的试样油。

  要点四、液压油的采样要根据ISO 4021的规定,在紊流处设置小型球阀实施采集。试样采集的顺序如下:

  1)、打开球阀;

  2)、首先放200ml以上的油,实施阀门和管路的冲洗。

  3)、将油采集至试样瓶中时,手不要接触到球阀。

  4)、采集试样油达试样瓶的50~75%的量。如果采集量大于75%,在分析时液压油不能被充分搅拌。

  5)、采集后立即盖上试样瓶盖。

  6)、关闭球阀。

  7)、试样采集完毕。

  要点五、禁止从油箱排油孔中采样排油孔是个比较容易滞留污染物质和水分的地方。

  要点六、禁止从油箱底部采集试样油,在采集试样时,为了不让油箱内的污垢混入,不要从油箱的底部采集试样用油,若从管线中采集不了时,可从油箱内的中层处采集,方法如下:

  1)、为了使采集管的头部在油箱内中层的位置上,建议在采集管上标上记号;

  2)、管壁清洗干净;

  3)、抽取试样,采集量为采用瓶的50~75%;

  4)、试样采集后,立即盖上试样瓶盖;

  5)、采集完毕。

  要点七、禁止在室外贮存液压油。

  要点八、禁止开着油桶盖。

  要点九、禁止油桶在污染的状态下打开盖子。

  要点十、禁止使用高粘度液压油。

  要点十一、禁止卸下油箱补油口的盖后不管。

  要点十二、禁止过滤器的指示器变红色时设备继续运转。

  第3章液压系统常见故障的诊断及消除方法

  3.1液压系统原理及故障概述

  3.1.1液压系统的工作原理及特点

  液压传动是在流体力学、工程力学、机械制造技术等基础上发展起来的一门比较新兴的技术[18]。

  液压系统的工作原理:结合简单的液压原理图(如图3.1)进行说明,手动泵的活塞上有作用力,该力除以活塞面积即可以得到压强(p=F/A),活塞上的压力越大,压强就越大。然而该压力只能上升到油缸面积上的压力能够克服负载力为止(F=p*A)。如果负载保持不变,则压力不再增大。其结论是,压强是由与流向相反的阻力所决定的。因此,如果建立了必需的压力,则负载就可以产生运动,负载的运动速度取决于供给液压缸流量的大小,如图3.1,这也就意味着:越是快速的下压手动泵手柄,负载提升速度也就越快。

  图3.1液压系统原理图

  液压传动的特点:设备体积相对较小,而传递的力和扭矩较大。可以满载启动。容易实现速度、扭矩和力的无极调控。易实现过载保护。既适合于快速运动控制,又适合于极低速运动的控制。以气体储能。易实现中央驱动控制系统。可将液压能分散式地转化为机械能。能在恶劣环境下工作。

  液压系统是由机械能转化为液压能,经开环或闭环控制的处理和传递,最后转化为机械能(如图3.2)。

  图3.2液压传动能量转换图

  3.1.2液压系统的组成

  图3.3液压系统图

  液压传动系统主要由以下几部分组成(如图3.3):1、动力元件:即液压泵,它可将机械能转化成液压能,是一个能量转化装置。2、执行元件:其作用是将液

  压能重新转化成机械能,克服负载,带动机器完成所需的运动。3、控制元件:如各种阀。其中有方向阀和压力阀两种。4、辅助元件:如油箱、油管、滤油器等。5、传动介质:即液体(一般为液压油)。

  3.2液压系统故障分类及特点

  现代液压系统由机械、液压、电气控制组成,是机、电、液一体化的设备,故障呈现多样化,造成故障的因素较多,液压故障分析首先要先看懂液压原理图,根据故障现象进行分析、判断,液压油在液压元件和管路中的流动情况,从外观上是很难了解,给故障诊断带来较多困难,所以要求技术人员具备较强的故障分析能力,技术人员必须具备机械、液压、电气及电子等相关专业知识,在产生故障的各个因素中才能快速找到故障原因,并及时排除,液压系统常见的故障有:泄漏、压力波动、速度波动、油缸爬行现象、液压冲击、油温异常及振动和异音等。下面就液压系统常见的故障进行具体阐述。

  液压设备故障按性质可以分为确定性故障和随机性故障。

  液压设备故障与机械设备、电气设备故障相比有以下特点:

  1、故障的多样性和复杂性。液压系统故障一般不是几个故障现象同时存在,单一故障,会有多个原因,同一个因素会有多个故障现象产生。油温升高通常与压力调节、气候等因素相关,系统漏油一般与密封老化、油温及液压冲击因素相关。液压系统离不开机械和电气控制,所以判断其故障又要判断机械故障及电气故障,故障分析更加复杂。

  2、故障的隐蔽性。液压传动是靠压力油在管路和液压元件里传递动力和实现能量的转换的,故障不能完全靠肉眼进行判断,故障具有较大的隐蔽性,其不如机械故障直观,也不如电气故障那样易于检测,液压元件极小的损坏都会引起较大的故障[19],现场检测条件有限,使得液压系统故障分析较难。

  3、造成故障的因素较多。液压故障的产生有多个因素造成,而这些因素又相互交织在一起,互相影响,如油温变高,其原因可能是溢流阀调整不到位,泵的压力流量调节不好,甚至是环境温度造成。一个方面的故障会造成多个故障现象产生,如:油缸内漏,会造成系统压力波动,油温上升,影响别的液压元件误动作,往往在故障判断时,会产生更换多个元件才能排除故障的情况。

  4、液压系统偶然性故障较多。实际生产过程中会产生各种各样的故障,有的故障发生频率较高,或者直接停机不动的故障,排除过程相对简单。而有的故障具有很大的偶然性,有时会突然造成停机不动,当技术人员还未到达现场,设备又重新运转,技术人员根本没有办法进行检测,一般原因是液压元件比较精密,控制阀芯容易出现卡阻现象,油液中的微小颗粒也会造成偶然故障的产生,而一套连续的生产线就会因此终止作业,这对排除故障工作带来了较大的难度,也对技术人员提出了更高的要求。

  5、故障的产生与环境有很大的联系。液压系统是可以在恶劣的环境下工作的,而在恶劣环境和干净环境工作的液压系统,故障率也是不同的,恶劣环境下工作的液压系统显然故障率更高,笔者工作的企业是铜冶炼工厂,很多液压系统都是在粉尘大、有腐蚀性气液体的环境下,很多管路都在地沟甚至是污水中,甚至处于高温环境等,这些环境下会产生很多管路腐蚀泄漏及系统混入空气脏物等故障。排除故障过程应该根据环境来有的放矢。

  6、液压故障有较强的隐蔽性和偶然性导致诊断过程较难。以及多专业结合的特点,导致故障诊断过程较难,技术人员要有丰富的理论知识及实践经验,还要借助先进的液压检测手段,当液压系统发生故障后,先找到故障部位,先从操作、机械及电气角度看问题,再从液压的角度去思考,需要认真检查、分析、判断、实验,最后进行更换,才能找出故障点。

  7、因检修造成的液压系统故障,由于液压元件都是精密的,细微的颗粒都会造成故障,然而在实际检修过程中,由于技术人员和检修工人技能的参差不齐,检修过程不能保证清洁,从而造成修后故障率反而增多的情况。

  3.3铜冶炼厂液压设备故障特点

  铜冶炼厂液压系统的工作环境较为恶劣,如高温、高压、高粉尘及腐蚀性强等环境,且连续工作时间长、负荷重。铜冶炼厂液压设备故障往往会带来整个生产线的停机,带来较大的经济损失,同时也带来了较大的安全隐患和环保事故,例如:很多液压设备是直接倾转冶金炉窑,若系统故障会造成高温溶体的泄漏,液压油的泄漏会造成水污染等。我厂液压设备较多,均为一线生产单位的重点设备,如倾动炉倾转系统、圆盘浇铸机、残极加料机及电解机组等。液压设备维护的好,故障处理的及时,可以提高设备运行效率,提高产品的质量,降低废品率,降低生产成本,因此,如何维护与管理好液压设备,保障较高的作业率就显得尤为重要。

  3.4液压系统故障诊断方法

  液压系统是由机械、液压及电气等系统组合而成的,排除液压故障也是排除电气和机械故障,一个故障可能由这三个方面的某一方面造成的,因此技术人员要具有机械、电气及液压三个方面的专业知识,对机械结构及受力分析要懂,还要能看懂电气原理图和液压原理图,看液压系统原理图时,技术人员要对各个元件的结构和功能有深入的了解,然后根据故障现象进行分析和判断。故障原因需逐一分析,按照从简单到复杂,从机械到电气再到液压逐一排查[20]。液压系统中液压油在元件和管路中的流动情况,外观上无法看清,给故障诊断带来了较多的困难,技术人员要从理论上分析判断故障的能力,并借助一些仪器,如测压工具等来判断故障点,也要学会在PLC程序中查找故障点。在机械、液压及电气诸多复杂的关系中先找出故障点的大方向,然后再在各个方向上找出故障原因和部位并及时、准确加以排除。

  3.4.1简易故障诊断法

  简易故障诊断法是出现故障后最先采用的方法,故障判断由检到难,它是靠技术人员的专业知识和经验累积,利用简单仪表(测压工具)根据液压系统出现的故障,客观的采用问、看、听、摸、闻等方法了解系统工作情况[21],进行分析、诊断、确定产生故障的原因和部位,具体做法如下:

  1、问:当设备发生故障后,技术人员到达现场,先向设备操作者了解设备故障过程。其中包括:现场的故障描述;液压系统工作是否正常;是否有违规操作情况(此步应多问几人);液压泵有无异常现象;发生故障前是否对液压元件进行了调节;系统是否发生泄漏;故障前后液压系统出现过哪些不正常现象;该系统曾经是否出现过类似故障,排除方法等,需逐一进行了解。

  2、看:进一步观察液压系统工作的实际状况,观察执行机构的运动状况(如油缸是否有爬行现象),系统压力、流量、速度、油液、泄漏、振动等是否存在问题。

  3、听:液压系统的声音,如:电动机轴承声;泵的噪声及异常声;阀换向时的异音;系统回油声。

  4、摸:用手感知系统的变化,主要是摸温升、振动、爬行及联接处的松紧程度判定运动部件工作状态是否正常[22]。

  5、闻:闻异味,如:电气线路的老化、烧损会产生气味,在检查液压泄漏时,也可以通过闻的方法快速找到漏点,液压油也有一种特殊的气味。

  总之,简易诊断法只是一个简易的定性分析,大部分液压系统故障都能通过简易诊断法进行排除,具有较广泛的实用性。

  3.4.2液压系统原理图分析法

  根据液压系统原理图分析液压故障,该分析方法需要设备技术人员具备相当丰富的液压专业知识电气专业知识,能看懂液压原理图和电气原理图,对PLC程序控制有一定了解,具备这些理论知识后才能快速找出故障产生的部位及原因。液压系统原理图分析法是最为普遍液压故障排除方法,要求人们对液压原理有较深的掌握,能看懂各种图形符号所代表元件的名称和功能。对元件的原理、结构及性能有一定的了解,也须能看懂各种液压回路,有这些基础后,还需能看懂电气原理图,结合动作循环表对照分析,才能较容易的判断故障。因此掌握机械、电气及液压基础知识,看懂液压原理图和电气原理图是故障诊断与排除的基础。

  3.4.3其它分析法

  液压系统发生故障时,由于是多专业交叉,液压元件过于精密,压力油在系统中的运行情况较难检测,所以不能快速找出故障发生的部位和根源,因此技术人员必须根据简易故障诊断法和液压系统原理图分析法逐一排除,最后找出发生故障的部位,这就是用逻辑分析的方法查找出故障,故障诊断专家设计了思维导图对故障进行逻辑判断,为故障诊断提供了思路清晰的判断方法。另外还有一种方法就是拿来法,需要技术人员平时多积累别的液压系统的故障诊断排除方法,为自己判断故障提供参考。

  第4章倾动炉液压系统典型故障诊断分析研究

  4.1倾动炉工艺介绍

  倾动炉(如图4.1)主要处理打包的杂铜包块、电解残极、鼓风炉产的黑铜[23]、外部采购的粗铜块及其它含铜物料,在杂铜原料厂房内或原料堆放场地进行配料装斗,加料斗是加料机的专用料斗,最大装料量(根据加料机的能力)为5.0吨。装好料的加料斗,通过叉车运到主厂房西头内,经西头吊料行车吊从0米平台吊至4米平台上的平板运输加料小车上,运输车把装好料的加料斗运至4米平台东侧加料区域。

  移动式加料机将加料小车上料箱内固体铜物料,通过二个加料门分批加入炉内,然后通过二个重油烧嘴进行熔化,然后进行氧化造渣冶炼。固体铜物料的重量由专用称重电子称称量并自动记录。

  还原好的铜水通过流槽流入双圆盘浇铸机,浇铸合格阳极板。

  图4.1倾动炉结构图

  4.2倾动炉液压系统原理

  350吨倾动炉是从德国MAERZ公司引进的,倾动炉液压控制系统是MAERZ公司委托德国Rexroth公司设计。这套液压操作系统设计较先进,它包含倾动炉锁定、倾动炉的前后倾动、倾动炉的事故倾转以、倾动炉的手动倾转及炉门(含渣门)的开合。另外,为确保倾动炉的操作安全,在液压操作系统设计了安全保护装置。如图,加设液控二位二通换向阀(161),此阀有二个方面的保护,一、破管保护,液压系统压力低下,倾动油缸自锁;二、自动、手动操作的误操作保护(如图4.2)。在自动操作回路中加设电磁阀(81)、锥阀(79)组合阀先导保护,防止PLC给比例阀的误信号,造成比例阀误动作。

  倾动炉液压系统性能参数:

  压强:16MPa;流量:74L/min;油箱容积:800升;液压泵:2台(一用一备)

  泵型号:Rexroth:A10VSO71DFR1/31R-PPA12N00

  倾转油缸参数:缸筒内径280mm;活塞杆直径200mm;行程3325mm

  倾动油缸的速度是靠比例阀控制的,无级调速,速度V=KI(K—比例系数,I—比例阀的电流速度调节范围:1-10mm/s)

  4.2.1液压站工作原理

  倾动炉液压站是为倾动炉倾转和炉门开闭提供动力的装置(如图4.2),动力装置有一个液压油箱和两台液压泵,循环泵(件号14)安装在油箱顶部,液压油经过冷却器(件号21)返回到过滤器(件号19/21),该过滤器配有光/电堵塞传感器,当过滤器堵塞时发出报警。冷却水通过电磁阀(件号22)流到冷却器。

  回油通过双回路过滤器(件号5)过滤,如果过滤器堵塞,由光/电堵塞传感器发出报警,在运行时可进行过滤器切换。油箱加热采用3个加热器(件号7)。

  油温采用电阻温度计(件号3)监控,油箱内的实际温度转换成4—20mA的模拟信号,由PLC进行转换。温度控制如下:1、在低于20℃时加热。2、在30℃时停止加热。3、在50℃时冷却水开始冷却电磁阀(件号2.2)打开。4、在低于45℃时,停止冷却电磁阀(件号:2.2)关闭。5、油温高于65℃时报警。6、油温高于70℃时液压泵停止工作。

  油箱内的油位由浮动开关控制,浮动开关有2个触点:1、低位,油位低报警。2、低低位,液压泵停止工作。

  图4.2倾动炉液压站原理图

  两台液压泵一用一备,该液压泵为斜盘式轴向柱塞泵,装有压力调节阀,该阀能确保设定的压力保持恒定,泵由溢流阀起安全阀作用。每台液压泵的入口管路上装有截止阀,阀手柄上配有限位开关,确保了只有该截止阀打开有液压油通过时液压泵才能启动。由二位四通电磁阀(件号42)保证液压泵的无压启动。当电动机得到启动信号后,电磁阀(件号42)动作,10秒后,液压系统压力随之上升。系统压力由压力开关(件号48)监控,液压油缸开始运行前,系统压力至少10MPa。

  每台液压泵管路上均装有高压过滤器(件号45),过滤器上配有光电控制堵塞指示器,如果变脏,过滤元件可在运行时更换,这时截止阀(件号55)必须关闭,该泵作为备用状态。

  液压油缸最后行程移动3分钟后,工作泵的电磁阀(件号42)断电,工作泵停止转为备用状态。

  4.2.2炉体倾转液压系统原理

  倾转油缸动作液压说明(如图4.3):

  图4.3倾动炉倾转系统液压图

  液压油缸“活塞杆伸出”功能:1、液压提升阀(件号77)得电。2、液压提升阀(件号81)得电。3、液压比例方向阀(件号82)“b”得电。

  液压油缸“活塞杆缩回”功能:1、液压提升阀(件号77)得电。2、液压提升阀(件号81)得电。3、液压比例方向阀(件号82)“a”得电。

  倾动炉倾转液压系统其它说明:

  1、倾动炉的锁定;逻辑阀(件号174)A、C没有压力油,输出信号B也没有压力油,液控二位二通换向阀(件号161)在上位,油缸的上、下腔不能通油,油缸处在静止状态,倾动炉被锁定。

  2、倾动炉前倾(倒渣、进料);条件油路是:⑴电磁阀(件号138)得电,逻辑阀(件号174)C油路卸荷;⑵电磁阀(件号77)得电,压力油通过A信号到B信号,液控二位二通换向阀在下位,打开油缸的进出。⑶电磁阀(件号81)得电,锥阀(件号79)接通,压力油接通到比例阀A口。操作油路;比例阀得电,比例阀(件号84)在位工作,P→B,油缸活塞杆回收,倾动炉前倾。

  3、倾动炉后倾(出铜):条件油路与倾动炉前倾一样。操作油路,比例阀(件号84)右位工作,P→A,油缸(件号160)活塞杆伸出,倾动后倾。

  在油缸的进油和回油管路上装有压力传感器,用于检测进油和回油压力。

  4.2.3炉门开闭液压系统原理

  炉门开,油缸上腔得压力油,下腔回油,电磁阀“A”端(件号83)得电。

  炉门关,

  油缸上腔回油,炉门靠自重关闭,电磁阀“B”端(件号83)得电

  炉门上升、下降靠单向节流阀(件号169)调速。液压原理(如图4.4)

  图4.4炉门、渣门开闭液压原理图

  4.2.4紧急摇炉液压系统原理

  倾动炉紧急摇炉主要是在工厂突然停电的情况或电控摇炉不能操作的情况下进行,是冶金炉窑的重要安全措施。紧急摇炉只能是将炉体从工作角度摇至0°,不能作为动力进行摇炉作业。其液压原理(如图4.5)。

  紧急摇炉控制有一个专用的液压操作台,各个紧急控制阀组安装在该阀台上(位号130),在正常运行期间,方向控制阀(件号138)通电,这样紧急蓄能器的压力油不可能进入该阀组,如果停电方向控制阀(件号138)断电,蓄能器的高压油就可以进入该阀组。

  炉体紧急倾转至0°的步骤:

  1、将手动方向阀(件号143)拨动至交叉位置,此阀的的功能是将倾转油缸上的制动阀打开,液压油可以进出油缸。

  2、将手动方向阀(件号141.2)拨动至交叉位置,这时倾转油缸的上腔和下腔与油箱连通,炉体可以通过自重回到零位,如果因为摩擦原因不能完全回到零位,可以通过控制方向阀(件号141.1)用蓄能器的压力油来驱动炉体回到零位。

  图4.5倾动炉紧急摇炉液压系统原理图

  4.2.5倾动炉安全系统液压原理

  倾动炉考虑到冶金炉窑在倾转时会发生的各种故障、事故,在液压系统里作了较全面的安全考虑,液压原理(如图4.3)。

  1、倾动油缸配置防管破安全阀(件号161)

  当阀在B位(0位、静止位),油路是单向的,起着锁定油缸的作用,如果系统油压下降,油缸里油无法排出,油缸活塞杆将不能移动,油缸自锁,倾动炉也不能倾动。

  当A端有压力油,力F=P0S>KX时,阀芯移位A位,这时油路接通,油缸才具备动作条件。

  2、辑阀(件号174)

  逻辑原理;B=A+C,或门开关阀,就是只要A或C其中一个有压力油信号,B就有压力油信号,B压力油信号与防管破安全阀a连接。

  3、阀(件号77)

  线圈cc11-2y2得电时,阀在位工作,P→A,A接逻辑阀(件号174)的A接口。

  4、(件号79)与锥阀(件号81)的组合阀

  线圈cc11-2y4得电时,阀(件号79)油路A接通B,锥阀的下腔没有压力油,压力油P才能接通到比例阀。

  4.3倾动炉不倾转液压系统故障研究

  故障现象:倾动炉在某日要进行氧化摇炉作业时(活塞杆伸出),炉体不动作。进行倒渣侧摇炉时(活塞杆缩回),可以摇动4°左右,炉门及渣门的运行正常。分别在加料侧、精炼侧、炉后控制室倾转炉体(倾动炉电气操作控制共有四个位置),均不能动作。

  故障诊断分析过程:

  1、对液压系统的油位进行检查,液压油是否有泄漏现象。开启备用液压泵,判断是否为液压泵故障。

  2、对进出液压油缸的液压截止阀进行检查,是否有人为关闭的现象,如下图(件号166.1和166.2两个阀)。

  图4.5倾转油缸处液压原理图

  3、对整个炉体机构进行排查,是否哪里有卡阻现象。

  4、检查是否是电气问题,检查与倾转相关的电磁阀是否得电;检查MCC室内的电气设备是否运行正常。

  5、检查是否有机械阻碍,对倾动炉炉体与周围各个部位是否有卡阻现象。

  6、利用紧急摇炉系统对炉体进行操作(该系统是一套手动控制系统,主要是考虑停电等因素,炉体能回零位设计),故障未消除。

  7、检查电气控制系统,检查PLC程序控制系统是否有紊乱现象,是否在故障前,电气人员是否对程序进行了修改工作,对程序部分进行反复检查。

  8、对倾转比例阀(件号82)进行检查,判断是否故障,判断方法:更换新阀。

  9、对液压提升阀(件号77)进行检查,判断电信号是否到达该位置。判断该阀是否故障,判断方法:更换新阀。

  10、对电磁阀(件号79.0,81.0)进行检查,判断电信号是否到达该位置。判断该阀是否故障。

  11、检查平衡阀(件号87.0),看是否是该阀故障,判断方法:更换新阀。

  12、对(件号162)阀进行检查

  13、对液压泵进行检查,出口压力等参数。

  14、对液压泵的卸荷阀、溢流阀等进行检查,是否有卸荷现象

  15、对油缸锁紧阀(件号161四个阀)进行检测,并用压力表对测压口(件号163的四个阀)进行检测,压力有16MPa,证明压力油进入油缸。

  16、开始怀疑油缸有内漏,但该油缸较大,更换不容易,且更换时间约一周,只能再次查看是否还有其他原因。

  最终判断:在对该液压系统进行全面检查后,不得不对液压系统的检查又重新开始,在一个关键点检查时,在进油缸的手动截止阀(件号166.1)上找到了故障的端倪,该阀发出了一定的异音,截止阀手柄虽然是处于开阀状态,但不能确定阀内部是否卡死,对该阀进行更换后,故障消除,倾动炉恢复正常状态。对该阀拆解后发现该阀阀芯完全卡死,手柄虽然处于打开状态,但已经与阀芯分离,维护人员当天对该阀进行了操作,虽打开了阀,但阀实际未打开。

  故障判断心得:该故障比较隐蔽,炉体能动4°左右,误导了大部分故障诊断时间,在对所有的影响点都进行排查后,且对油缸的四个锁紧阀进行压力检测时均有压力,但实际上要操作活塞杆缩回的过程,油缸下部的两个锁紧阀的压力应该为回油压力,回油压力为3MPa,技术人员对液压系统还是没有足够的细心。

  4.4倾动炉偶尔不倾转液压故障研究

  故障现象:倾动炉在进行浇铸作业时,偶尔会出现炉体不能摇动现象,一般在炉体摇至22°左右出现(炉体最大可以摇至28°),班组操作工有时回摇3°左右再往下摇可以摇动,有时还必须得切换液压泵才能摇动。该故障为偶尔出现,在炉体不能摇动时,设备维护人员赶到现场,故障已消除,对判断故障带来了极大的困难。

  故障诊断分析过程:

  1、对电气线路进行检查,重点对测量炉体转动的轴编码器进行检查,并进行了更换。

  2、对控制炉体倾转的比例换向阀(件号84)进行追踪,当出现不能摇动的情况时,PLC发出的控制信号均到达比例阀处。

  3、对液压泵的输出压力进行检测,输出的最大压力为16MPa,为正常值。

  4、对油缸的压力变化图可以看出,压力变动属于正常波动,随着炉体摇动角度变大,油缸的负载越大,所需的压力就变大,压力最高在16MPa。(如图4.6)

  5、因为每次出现不能倾转故障时都是在炉体倾转至22°左右时出现,此时也是负载最大时刻,对机械传动部位,炉体托辊等部位进行细致检查,排除了机构卡阻造成的故障。

  6、对油缸的四个锁紧防爆阀(件号:161.1至161.4)进行了更换,排除了该阀内部阀芯故障导致的油缸不动作。

  图4.6倾转过程中油缸压力变化图

  7、判断是否梭阀(件号:174.0)故障导致,该阀的作用主要是打开四个锁紧防爆阀(件号:161.1至161.4)使得油液可以驱动两个倾转油缸。电控时,压力油由A→B至四个锁紧防爆阀的X口,打开锁紧防爆阀。紧急控制时,电控时压力油由C→B至四个锁紧防爆阀的X口,打开锁紧防爆阀。判断该阀是否存在内部泄漏,导致没有足够的压力油打开四个锁紧防爆阀,对其进行了更换,故障依然存在。(如图4.7)

  图4.7倾转油缸处液压原理图

  在持续两年的过程中不断的对故障时间进行分析统计,发现每次对油箱进行补加液压油后,至少持续一个月以上不会出现偶尔不能倾转故障,开始对油箱液位是否会导致偶尔不倾转故障进行分析。

  油缸的参数为¢280/¢200-3325缸筒内径280mm、活塞杆直径200mm、行程3325mm。当炉体摇至0°时,油缸伸出1000mm,当炉体摇至22°时,油缸伸出3000mm,由于油缸上腔是有活塞杆的,导致活塞杆顶出后,油箱液位急剧下降,此时存在空气进入液压系统的情况,导致摇炉存在卡阻现象,这时一般采取回摇的形式可以继续下摇,主要原因是来回摇的过程实际上是在排空气。我们采取对油箱液位高液位的形式,此故障得到消除。

  4.5倾动炉炉门缓慢下滑故障研究

  故障现象:在某次炉体大修后,当炉门处于打开状态时,炉门会自动下滑,而在大修前炉门未出现缓慢下滑现象,约两小时下滑20cm左右,炉修时间在30天,一般在冬季进行。

  炉门提升机构液压原理介绍(如图4.8、图4.9):

  炉门上升:压力油经过电磁换向阀(件83.3)“a”端得电,经过液控单向阀(件84.3),经单向节流阀(件169.6)进行调速,再经单向节流阀(件169.5),此时未调速,进入油缸上腔,下压活塞,使得油缸通过定滑轮将炉门提升,炉门上到位后,电磁换向阀(件83.3)“a”端失电,该阀处于此时处于中位机能。整个过程油缸下腔与油箱相通。

  炉门下降:电磁换向阀(件83.3)“b”端得电,此时压力油被堵住,油缸上腔的油液要经过回路回油箱,该过程靠炉门的自重下降,经单向节流阀(件169.5)进行调速,再经单向节流阀(件169.6),回油经过液控单向阀(件84.3),该阀被压力油打开,经电磁换向阀回油箱,炉门下降位后,电磁换向阀(件83.3)“b”端失电,该阀处于此时处于中位机能。

  故障诊断分析过程:

  炉修前炉门未出现下滑现象,说明油缸活塞密封未损坏,不是内漏原因造成。

  2、初步判断为液控单向阀(件84.3)损坏,该阀若阀芯处损坏或有颗粒,会造成泄漏,而电磁换向阀(83.3)为“Y”型中位机能,油液会从该阀泄漏,中位锁紧失效,对其进行更换,更换后该故障并未消失,并对更换下来的液控单向阀进行检测,该阀并未损坏。

  图4.8炉门提升机构图图4.9炉门提升液压原理图

  3、对该液压回路的各个管道及接头进行检查,是否是外部泄漏导致的炉门下滑,经过细致检查并未有泄漏。

  4、判断是否是电磁换向阀(件83.3)内部损坏导致,如阀芯虽然在中位,但实际有压力油进入了液控单向阀(件84.3)将其打开,导致油缸未能锁紧,对其进行更换,更换后故障依然存在。

  5、所有的故障点都排查后,故障点集中在了炉门油缸内漏上,该油缸较贵,尺寸较大,更换较难,更换后故障消除。

  故障排除心得及原因:该油缸在炉修前未出现下滑,误导了技术人员排除故障的大方向,故障排除充分体现了由简单到复杂的过程。其故障的原因是油缸密封在炉修前实际上已经劣化(如图4.10),只是还未到油缸内漏的点,该位置平时是处于高温状态,炉修时间又是在冬季,气温偏低,油缸密封从热的状态到冷的状态,热胀冷缩的原因导致密封加速劣化,直接导致重新投入生产时由内漏导致炉门下滑,所以技术人员在排除故障时不能一成不变,要充分考虑到各种因素(如天气)对液压系统产生的影响。

  图4.10炉门油缸活塞密封现场检修图

  铜圆盘浇铸机液压系统典型故障诊断分析研究

  铜圆盘浇铸机是将冶炼好的阳极铜浇铸成阳极铜板的设备,我厂的圆盘浇铸机有进口奥托泰公司的产品,也有我厂自行研发的产品,本文工艺过程介绍以自行研发的倾动炉圆盘浇铸机进行介绍。

  5.1铜圆盘浇铸机工艺过程及原理

  倾动炉16模双圆盘浇铸系统是我厂冶化工程公司自行研制设计的,该系统即吸收了奥托昆普圆盘浇铸机的技术成果,又有自己的独立创新,而且维护费用大幅降低,是比较成功的国产化设备。浇铸系统的主要工艺流程如图5.1。

  图5.1浇铸工艺流程图

  单16模双圆盘浇铸系统主要结构单元为各有一套自动定量浇铸系统、一套圆盘及驱动机构、一套冷却喷淋系统和一套提取机-水槽装置,还有各自的套自动喷涂系统,共用一个液压站。与其配套共用的辅助设备有:活动流槽、固定流槽、中间包、浇铸包、废阳极葫芦、喷淋排风机、喷淋水泵和提取机水槽冷却水泵等。此外还需要叉车从水槽将冷却后的阳极板取出运走,如图5.2。

  图5.2倾动炉圆盘浇铸机

  浇铸工艺过程:加入倾动炉内的紫杂铜经过熔化、氧化-还原除杂精炼后,在浇铸控制室操纵炉子。将炉子从水平位置向浇铸方向倾转,最高倾转28°,1200℃左右的高温铜水从出铜口流出,落入安放在炉子下面浇铸侧的活动流槽,再从活动流槽留经固定流槽进入中间包,中间包内的铜水达到一定量时,开始往浇铸包灌注铜水,最后往铜模内浇铸阳极板,浇铸包对铜水计量称重,当浇铸包内的铜水达到设定的重量时,中间包迅速自动返回并开始向另一个浇铸包倾注铜水,当圆盘上的空模进入浇铸位置时,浇铸包开始向浇铸位置的空模进行定量浇铸。当模子内的铜水达到所设定阳极板的单重时,浇铸包自动返回等待位置[24]。圆盘上浇铸好的阳极板便依次进入喷淋冷却区,尚未完全凝固的阳极板在这里得到均匀的强制冷却。从喷淋区出来的阳极板随后转至预顶起(废阳极)位置,在这里锁模装置与预顶起装置同时启动,锁住模子并将阳极板顶起,废品阳极板在这里被吊离铜模进入废阳极料斗,初步冷却后的阳极板便进入提取-水槽位置,该位置的顶起装置又将阳极板顶起,提取机将阳极板从圆盘内取出放入水槽内进一步冷却,待水槽内的阳极板累积成垛后,冷却水槽中的链式输送机便将整垛的阳极板送到水槽尾部,堆垛提升装置将阳极板提升起来,再由叉车叉运至阳极堆场。计算机画面便自动将该模显示为空模,空模继续转至喷涂区,喷涂装置将空模进行喷涂处理,在空模上覆盖一层硫酸钡脱模剂。喷涂好的空槽再次进入浇铸位置进行浇铸,如此循环往复作业,直至浇铸结束,然后将炉子倾转回水平位置。

  其主要结构单元为自动定量浇铸系统、圆盘及驱动机构、喷淋冷却系统、提取机-水槽装置、自动喷涂系统及废阳极板提取机。该圆盘浇铸机为贵冶自主设计研发安装的,具有机械化、自动化程度高的特点,是一套机、电、液、气一体化的设备,除了圆盘旋转为变频电机驱动外,其余各个部件均为液压、气压传动。

  5.2圆盘浇铸机液压系统和控制原理介绍

  倾动炉圆盘浇铸机液压系统的执行装置主要是:浇铸系统、锁模、阳极顶起、预顶起装置,提取机、冷却水槽装置、废阳极提取装置。通过液压站供出的油压来完成相应的动作。它和三期M—16双圆盘系统的液压装置有异曲同工之处,工作原理和方法也是相同的。

  双圆盘浇铸机只有一个液压站供油,共三个液压泵,两用一备,其工作压力:13MPa,系统最大工作流量:280L/min,电机功率:45KW,共有18个油缸(含马达)的执行部件。液压系统的故障会直接导致终止浇铸,严重影响生产造成经济损失,会造成能源的大量浪费及较大的安全环保事故隐患。

  液压站就是液压动力部分,它主要包括:油箱、加热器、冷却器、液压泵、滤油器、温度计、油位计、电机等等。

  5.3浇铸机各个执行部件速度慢故障诊断

  故障现象:某日在浇铸过程中,浇铸机的各个执行机构突然慢下来,且各个执行部件无力,1#、3#液压泵运行,液压系统原理图(如图5.3)。

  故障诊断分析过程:

  检查液压系统是否漏油,检查后正常。

  故障的判断从液压站如图1开始,首先对溢流阀(件5)进行检查,判断是否是溢流阀故障,导致压力油通过该阀卸荷回油箱,在对溢流阀出口做检测时,压力油并未从此阀卸荷,所以排除溢流阀故障。

  检查系统是否内部泄漏,液压系统的某个执行部件或阀组上是否存在出现大流量泄漏情况,由于双圆盘浇铸机有18个执行部件,阀组更多,判断时主要是对每一个部件进行单试,判断原理是只要是内部泄漏,应只有一个执行部件运动速度慢,其余应动作正常,在对所有部件进行单试后,发现所有部件均速度慢,所以排除了内部泄漏。

  重新对液压站进行检查,发现备用泵2#液压泵的电机(件2.2)风叶处于反转状态,基本确定故障是由于2#液压泵出口单向阀(件3.2)故障导致,停3#液压泵,开1#、2#液压泵液压系统恢复了正常。

  图5.3双圆盘浇铸机液压站原理图

  故障原因是:1#、3#液压泵(件1.1,、件1.3)打出的压力油经过损坏的2#液压泵出口单向阀(件3.2),进2#液压泵返回油箱,压力油在进入液压泵时,通过联轴器带动2#电动机旋转,这时2#液压泵相当于液压马达,最后对2#液压泵出口单向阀(如图5.4)拆下检修时发现,该阀的阀芯和弹簧均损坏,损坏原因主要是阀经常性的开停产生的冲击造成。对于该故障应判断好该阀的损坏周期,定周期进行更换。

  图5.4液压站现场图

  5.4浇铸包油缸顶起故障诊断

  故障现象:在某次年度大修后试车时,浇铸包油缸始终处于顶起状态(活塞杆完全伸出)。

  浇铸包油缸处液压系统原理分析(如图5.5):压力油经过电磁阀(件号45),该阀平时处于失电状态,压力油不能进入该系统,系统一旦给出油缸动作的信号,该阀得电,压力油进入系统;经过减压阀,系统压力由13MPa下降至7.5MPa;压力油经过比例伺服换向阀进入油缸,由于浇铸铜水需要比较高的精度,浇铸完的阳极铜板需要精确在398±5kg,浇铸过程处于动态过程,需要PLC控制和比例阀高度配合,在未浇铸状态,比例阀处于“Y”工位,这样保证了突然停电或其他紧急事故时,浇铸包油缸由自重回到起始位;电磁换向阀(件号53)的作用是在浇铸包返回时得电,起到浇铸包快速返回(即油缸活塞杆缩回),此处的节流阀起到调节返回速度的作用;节流阀(件号75)的作用是对油缸进行压差控制,使得油缸运行更加平稳。

  图5.5浇铸包油缸控制液压原理图

  故障诊断分析过程:

  1、以控制油缸伸缩的比例阀为中心,从电气控制回路及PLC系统开始查找故障,将PLC梯形图打开,在线监控,按浇铸包油缸顶起按钮,发现比例阀有动作,证明电气回路正常,故障应从比例阀或比例阀后端油路查找。

  2、考虑是否是比例阀故障,如内部阀芯卡死等原因造成,对该阀进行更换,更换后故障未消除。

  3、对电磁阀(件号76)的电路及油路查找,在正常浇铸时该阀应处于失电状态,电路通过万用表检测正常,考虑是否是阀芯卡死,对该阀进行了更换,更换后故障仍然存在。

  4、用压力表对油缸上下腔进行压力检测,此时发现油缸上下腔的压力均为7.5MPa,故障点出现。

  5、在大概的故障范围缩小后,开始对具体原因开始查找,初步判断油缸内漏,且内漏较大,导致上下腔压力一致,由于下腔无活塞杆,受力面积比上腔大,由公式F=PA,向上的力大于向的力,所以油缸始终处于向上,于是对油缸进行更换,更换后故障并未消除。

  6、重新仔细查看图纸,只有节流阀(件号75)会造成上下腔压力相同,该阀只能起到节流孔的作用,对油缸进行压差控制,使得油缸运行平稳,对该阀进行更换后,系统恢复正常。

  5.5圆盘浇铸机浇铸电子秤重量不稳定故障诊断

  故障现象:反射炉浇铸过程中会偶尔出现阳极板偏轻的现象,偏轻到391kg左右。以往碰到这种故障,主要是查浇铸电子秤的传感器或程序是否有不对的地方。

  图5.6反射炉圆盘浇铸机液压原理图

  反射炉圆盘浇铸机浇铸包处液压原理:压力油(13.5MPa)经过单向阀(件号14)进入蓄能器(件号16),该蓄能器主要作用是过滤压力波动,减少浇铸阳极板重量的波动,经过减压阀(件号3),压力降至7.5MPa,经过伺服阀(件号6)对油缸进行驱动,电磁阀(件号5)的作用主要是得电,浇铸包快速返回(即油缸活塞杆快速缩回),节流阀(件号8)调节速度作用。

  故障诊断分析过程:

  1、对浇铸的PLC控制程序进行检查,未查出程序纰漏。

  2、对浇铸电子秤的传感器进行了更换及紧固,故障未消除。

  3、对蓄能器(件号16)氮气压力进行检测,压力正常。

  4、用测压装置对测压接头(件号9)处检测,测出油缸最大压力在7.5MPa,属正常。

  经过上述步骤进行了诊断后故障未消除。

  重新对阳极板偏轻的现象进行仔细观察,发现偏轻出现规律性,大概每浇铸10块左右阳极板时就出现偏轻。进一步对故障规律进行分析,发现提取机水槽内阳极板每到10块时,就要由液压马达带动水槽链条进行输送,此时是浇铸机液压系统所需压力和流量最高的时段,此时系统的设计流量不能满足工作需要。开始做出以下故障再次诊断过程:

  1、对液压泵的流量进行调节,检查是否是由于泵体经过长时间运行,导致调节螺栓松动,调节最大后,故障并未消除。

  2、判断是否是液压泵内部柱塞磨损导致泵内渗,对液压泵进行更换后故障还在。

  出口过滤器

  图5.7液压站图

  3、对水槽链条驱动马达的油路进行检查,判断是否有大量的压力油从该出内泄回油箱,并对液压马达进行更换,减少内漏故障,但故障仍未消除。

  4、最后对液压站的出口过滤器进行检查,打开时发现滤芯已堵塞,更换滤芯后故障消除(如图5.7)。

  该故障主要是由于过滤器堵塞,造成供油流量不足,当提取机水槽在运输阳极板时,此时油马达需要大流量的压力油,造成浇铸系统供油不足,从而影响重量波动。

  第6章电解机组液压系统故障诊断典型案例研究

  6.1电解工艺介绍

  电解精炼的目的:铜的火法精炼一般能产出含铜99.0%—99.8%的粗铜产品即阳极铜,但仍然不能满足电气和其他工业的要求。因此,现代几乎所有的粗铜都经过电解精炼除去火法精炼难于除去的杂质。铜的电解精炼,是将火法精炼的铜浇铸成阳极板,用纯铜薄片(也称始极片)或不锈钢板作为阴极,相间地装入电解槽中,用硫酸铜和硫酸的混合水溶液作电解液,在直流电的作用下,阳极上的铜和电位较负的贱金属溶解进入溶液,而贵金属和某些金属(如硒、碲)等不溶,成为阳极泥沉于电解槽底。溶液中的铜在阴极上优先析出,而其他电位较负的贱金属不能在阴极上析出,留于电解液中,待电解液定期净化时除去。这样,阴极上析出的铜纯度很高,称为阴极铜或电解铜,简称电铜[25]。

  铜电解车间,通常设有几百个甚至上千个电解槽,每一个直流电源串联其中的若干电解槽成为一个系统。所有的电解槽中的电解液必须不断循环,使电解槽内的电解液成分均匀[26]。在电解液循环系统中,通常设有加热装置,以保证电解槽内的电解液的温度。

  我厂铜电解有一套老系统(日本住友进口)和两套ISA系统(澳大利亚进口)组成,本文以ISA系统进行介绍。

  6.2 ISA电解机组机械及液压系统介绍

  ISA电解机组分为阳极加工整形机组、残极洗涤机组及电解铜剥片机组三部分组成。

  阳极加工整形机组(简称APM)(如图6.1),它具有对毛刺面朝北的阳极耳部及板面压平、测重,测厚、铣耳(侧铣和底铣)、排距及极距矫正、废品输出五大功能[27],其整形能力为450块/时,排距间距100mm。

  该机组由12个部分组成:1、接受装置;2、1#转运装置;3、横送装置;4、压力机;5、2#转运装置;6、废品输出装置;7、耳部铣削装置;8、铣削运输装置;9、倾斜运输装置;10、排列运输装置;11、转移台车;12、分配架装置[27]。

  图6.1阳极加工整形机组

  残极洗涤机组具有对残极进行洗涤(如图6.2),并从垂直位置转换为水平位置,聚集残极成垛称重,置于输出装置上,便于叉车叉走等功能[28]。

  该机组由六个部分组成,并由PLC程序控制协调各部分动作,这六个部分是:1、接受运输机(包括预洗装置);2、1#转运装置;3、洗涤装置(包括洗涤运输机,洗涤室,洗涤水箱及泵和除雾装置。4、2#转运装置;5、堆垛装置;6、堆垛存储运输机(包括称量设备,卸载站)。

  图6.2残极洗涤机组

  电铜剥片机组共有1#、2#两台(如图6.3)。它具有对产品电解铜进行洗涤、铜剥离、90度翻转使电铜从垂直换为水平位置、堆垛、称重、自动贴标签、自动打包、输出叉车运走等功能。

  该机组由15个部分组成,并具有程序控制协调个部分动作。这15个部分分别是:1、接受装置(含接受小车);2、洗涤装置(含洗涤室);3、1#移载装置;4、横送装置;5、挠曲装置;6、剥片装置;7、2#移载装置;8、次品阴极板输出装置;9、阴极板输出装置(含1#排料运输机、排料小车、2#排料运输机);10、阴极铜输送装置;11、阴极铜堆垛装置;12、阴极铜贴标签装置;13、阴极铜称重装置;14、阴极铜打包装置;15、阴极铜输出装置。

  图6.3电解铜剥片机组

  6.3阳极整形机组升降台故障诊断

  故障现象:升降台不会下降,反复动作并对现场机构进行检查无异常,仍然不会下降;后松开油缸下降回油油管接头进行放油,升降台下降至最低位置,然后接通油管启动油泵,手动操作升降台上升,升降台上升正常,至中间位置时停止,然后手动操作升降台下降,升降台不会下降反而会上升。

  升降台液压系统原理及机构说明(如图6.4):升降台由五个相同油缸在同一水平线上共同支撑,同时动作使其上升或下降。升降台上升过程:压力油经三位四

  图6.4升降台处液压原理图

  通阀(件号30)下端得电,经双向节流阀(件28)减速后,经双向平衡阀(件25)进入油缸下腔,升降台顶起。升降台下降过程:压力油经三位四通阀(件号30)上端得电,经双向节流阀(件28)减速后,经双向平衡阀(件25)进入油缸上腔,升降台下降。回油经过双向节流阀(件25)时,该阀产生背压,使得下降平稳,且下降速度可以通过该阀进行调节。

  故障诊断分析过程:

  1、停机查看液压图纸,对阀组逐个进行检查更换,试车,升降台仍然不会下降;排除液压阀组故障。

  2、通过其他部位试机,判断系统压力正常。

  3、拆除5个油缸上升回油油管并用油管将回油引出,手动上升未发现油缸有泄漏现象;将上升回油油管接回安装好,然后拆除下降回油油管并引出,手动下降动作,发现西边第二个油缸内部泄漏

  故障原因:升降台西边第二个升降油缸活塞受损脱落、操作油缸(升降台)向下运行时,脱离的活塞引起缸内高低压腔串油,造成两腔压强趋于平衡,而油缸上下腔的作用面积差造成了压力差(推力差),并且向上的压力(推力)始终大于向下的压力(推力),导致油缸(升降台)只会向上运行而不能下降。

  6.4剥片机组阴极板提升机构故障诊断

  故障现象:提升将阴极板提起后,操作台切换到手动位置时,一侧提升臂会慢慢向下降落,也就是B油缸活塞杆会缩回。

  阴极板提升机构机械说明:该机构是将剥离好的阴极板提起,使电铜能够更好地分离开来,而不使阴极板掉落到横送轨道下边;机构动作是通过两个固定油缸同时推动连杆机构,使提升臂上下动作,提起或放下阴极板。

  图6.5阴极板提升机构液压原理图

  液压原理(如图6.5):压力油经过三位四通电磁阀(件B11),右端得电,油液经过平衡阀(件B12),进入油缸下腔,提升臂上升,提起阴极板。压力油经过三位四通电磁阀(件B11),左端得电,油液经过平衡阀(件B12),进入油缸上腔,提升臂下降,放下阴极板,此时油缸下腔的油液经过平衡阀时,平衡阀起到背压平稳作用,还可以调节速度作用。

  故障诊断分析过程:

  1、初步判断是油缸内渗导致的故障,将提升臂会降落一侧油缸(B油缸)更换。

  2、更换后另一侧提升臂(即A油缸)出现缓慢下降现象,初步怀疑为电磁换向阀(B11)阀芯出现故障,更换后故障依旧存在。

  3、调节平衡阀(件B12)两端的调节螺栓,顺时针调整使得平衡阀处于完全关闭状态,对油缸进行点动,油缸仍然动作,基本可以判断故障由平衡阀引起。

  4、更换了平衡阀后,故障消除。

  故障原因:后将换下的平衡阀打开后发现阀芯已断裂,电磁换向阀是“Y”型机能,起不到保压的作用。整个排除过程由于开始是B油缸出现下降,所以从油缸开始排查,更换后A油缸又出现相同的现象,才能开始确定是油路和阀故障,干扰了故障排除。阀芯断裂的原因主要是系统压力调节偏高,且油路有液压冲击导致。

  液压系统工作压力存在调节偏低时,会造成液压系统效率低,由公式6.1

  (6.1)

  得出:功率不变时,p↓→Q↑→△p↑↑,从而使得效率降低。

  表6.1某公司液压泵压力与寿命的关系表

  L泵寿命(小时)规格大小实际相对压强泵斜盘角度MPa6°15°32°060141980018530163702163205960534028274026002350080141442013580121202146104370396028200019101750110141580014980133302150404790435028218020901920工作压力调节偏高时,会透支设备的寿命和可靠性如表6.1。

  第7章总结与展望

  液压设备在铜冶炼厂的关键设备,直接关系到冶金炉窑的安全及产品的质量,据统计,大部分液压故障是由于日常点检维护不及时或者完全可以在日常维护中将故障扼杀在萌芽状态。日常点检预防对于降低设备故障率及提高设备运行效率是十分重要的。特别是在关键环节的液压设备,一旦在作业过程中出现故障,损失是巨大的,当设备出现故障后,如何以最快的速度将故障排除恢复生产,就得靠平时的不断学习总结。

  本章对全文进行总结,同时对液压设备点检、故障诊断技术的发展进行展望。

  7.1总结

  本文对液压设备点检、故障诊断方法及典型故障进行了分析研究,主要工作包括:

  1、液压设备的点检方法研究方面,点检是预防故障发生的关键,先对液压设备日常点检方法进行研究,对液压系统具体部位点检进行研究,对已有异常现象后的液压系统的点检方法研究,最后对最关键的液压油的点检方法进行了重点研究,因为70%以上的液压故障都和油液有关,做好了液压设备点检工作后,故障率会大幅的降低。

  2、液压设备故障诊断方法研究方面,先从液压系统的基本原理开始介绍,再对液压故障的分类及特点进行研究,对铜冶炼厂液压设备的故障特点进行了研究,最后将故障诊断排除的方法进行研究,本章涵盖了原理、特点及方法,内容丰富,主要是为了故障发生后如何快速的排除故障。

  3、典型故障分析方面,主要是选取了我厂有代表性的关键的液压设备,选其多年来的典型液压故障进行分析,其中倾动炉液压系统是直接驱动冶金炉窑的设备,其故障会带来极大的安全隐患及经济损失,圆盘浇铸机和电解机组分别是生产阳极铜板和阴极铜板的关键设备,其故障会带来产品合格率的大幅下降,液压系统的细微波动也会带来质量的波动。选取的这些故障有的是常出现的故障,有的故障甚至是技术人员经过几年才找到故障原因的,这些故障分析研究也积累了我们一线技术人员的心血、汗水和智慧,具有一定的推广价值。

  7.2展望

  由于液压系统广泛运用于各行各业,因此对液压设备点检、故障诊断方法进行研究具有重要意义,也有较多技术人员对这方面进行研究学习,因此该技术一直发展较为迅速,未来液压设备点检和故障诊断方法可能会在物联网和智能化等方面有较大发展,本文的后续研究工作也会从这些方面进行。

  1、物联网。利用物联网技术将我厂各个大型的液压设备进行联通,各个液压设备的点检记录、故障记录及故障原因分析等数据全厂技术人员都能分享,当某一套设备发生故障,技术人员只需将故障现象传入系统,系统就能快速给出故障处理方法、类似的已发生过的故障等信息,技术人员可以以此为参考进行故障排除,这些技术对新员工尤其有作用。

  2、智能化。对液压系统的关键部位加入压力、流量及温度等传感器,系统对各个参数进行比对,当某一刻参数发生变化,与正常情况下的参数不一致时,系统马上给技术人员报警,提醒该处有可能发生故障,并提出解决方案。

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