陰極銅剝片裝置的優(yōu)化改造

江越文

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

貴溪冶煉廠（以下稱貴冶）陰極銅生產(chǎn)主要工藝是先火法煉制粗銅陽極板，再電解精煉得到最終產(chǎn)品陰極銅［1］。陰極銅剝片機(jī)組是貴冶電解車間三系列生產(chǎn)陰極銅的最后一道工序，產(chǎn)品陰極銅需要在該機(jī)組進(jìn)行洗滌、剝離、堆垛、輸出等工序［2］。核心區(qū)域剝片裝置正是對(duì)陰極銅進(jìn)行剝離，由于剝片區(qū)域故障多、檢修時(shí)間長，導(dǎo)致剝片機(jī)組作業(yè)率難以提高。為此，需要降低剝片裝置故障率，縮短故障處理時(shí)間。

2 剝片機(jī)組簡介

2.1 機(jī)組構(gòu)成

電解車間三系列剝片機(jī)組結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工況經(jīng)過不斷優(yōu)化，移除了取樣裝置、壓紋裝置和打包裝置，增設(shè)了二次洗滌裝置。目前機(jī)組由14個(gè)部分組成，如圖 1，分別是 ：（1）接受裝置 ；（2）洗滌裝置 ；（3）1#移載裝置；（4）橫送裝置；（5）撓曲裝置；（6）剝片裝置；（7）3#移載裝置；（8）次品陰極板輸出裝置；（9）2#移載裝置；（10）陰極板輸出裝置；（11）陰極銅輸送裝置；（12）二次洗滌裝置；（13）陰極銅堆垛裝置；（14）陰極銅輸出裝置［3］。

2.2 剝片裝置區(qū)域構(gòu)成及功能

剝片裝置的功能主要是將陰極銅從陰極板分離［4］，該區(qū)域主要由鑿刀部位、機(jī)械手部位和分離部位等部分組成［5］。鑿刀部位包括鑿刀、鑿刀升降油缸、鑿刀導(dǎo)向桿、鑿刀夾緊油缸以及鑿刀機(jī)架；機(jī)械手部位包括機(jī)械手、舉升油缸、滑動(dòng)軸承、偏心軸承、弧形軌道以及弧形面板；分離部位由分離油缸及分離梁構(gòu)成。

當(dāng)陰極銅移入剝片裝置區(qū)域，南北兩側(cè)鑿刀夾緊并且落下將銅板從陰極板分開至機(jī)械手抓取位置，然后由滑動(dòng)裝置帶動(dòng)機(jī)械手在弧形面板上滾動(dòng)，分離梁帶動(dòng)機(jī)械手對(duì)陰極銅進(jìn)行徹底分離，放在輸送運(yùn)輸機(jī)上，然后進(jìn)入到下一步工序。

圖1 剝片機(jī)組構(gòu)成及工藝流程

3 故障原因以及解決方案

從剝片區(qū)域設(shè)備結(jié)構(gòu)可以看出：該區(qū)域油缸種類多，各部位銜接緊密，動(dòng)作快速且頻繁，鑿刀工作次數(shù)高達(dá)單日3500次，機(jī)械手和分離部位動(dòng)作次數(shù)更為頻繁，造成該區(qū)域的故障率居高不下，影響整臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行速度。

為了滿足日常生產(chǎn)需求，提高機(jī)組作業(yè)率，需要降低機(jī)組故障率，減少故障檢修時(shí)間，從設(shè)備結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、檢修方案等三個(gè)方面分析研究，查找出造成剝片裝置故障率高居不下的主要原因是：鑿刀機(jī)架固定座銅套不耐磨、機(jī)械手弧形面板材料選用不合理、分離油缸材質(zhì)選用不合理、分離梁設(shè)計(jì)不合理等四個(gè)因素，并針對(duì)性地予以改進(jìn)。附表1：機(jī)組部件年度故障次數(shù)及使用壽命統(tǒng)計(jì)表。

表1 機(jī)組部件年度故障次數(shù)及使用壽命

3.1 鑿刀機(jī)架固定座銅套不耐磨

在鑿刀部位，鑿刀導(dǎo)向桿通過銷軸吊裝在鑿刀機(jī)架固定座上，見圖2。由于鑿刀夾緊油缸動(dòng)作，會(huì)使鑿刀油缸出現(xiàn)小幅度擺動(dòng)，會(huì)造成銷軸與機(jī)架固定座銅套產(chǎn)生磨損，而且鑿刀導(dǎo)向桿自重大，這種載荷情況下會(huì)加劇固定座銅套磨損，見圖3，最終導(dǎo)致鑿刀不能貼緊陰極板而出現(xiàn)“頂?shù)丁爆F(xiàn)象，頻繁頂?shù)稌?huì)嚴(yán)重制約機(jī)組的作業(yè)速度，并且加快鑿刀的磨損。

圖2 鑿刀導(dǎo)向桿裝配示意圖

為了解決銅套磨損帶來的問題，將鑿刀機(jī)架固定座銅套換成關(guān)節(jié)軸承，這種軸承具有承載能力強(qiáng)、耐沖擊、防腐蝕、大角度調(diào)心等眾多優(yōu)點(diǎn)[6]。安裝關(guān)節(jié)軸承的固定座避免了銅套與銷軸之間的磨損，并且加大了固定座的承載能力，見圖4。通過觀察，軸承在使用一段時(shí)間后，并未出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，鑿刀的使用壽命明顯提高，基本解決了由于鑿刀固定座銅套磨損帶來的設(shè)備故障。

圖 3 原鑿刀機(jī)架固定座

圖 4 改進(jìn)后鑿刀機(jī)架固定座

3.2 機(jī)械手弧形面板材質(zhì)選用不合理

當(dāng)陰極銅被鑿刀從陰極板上鏟開時(shí)，機(jī)械手裝置將抓住銅板，然后通過油缸將銅板帶到水平位置。這一過程機(jī)械手裝置的偏心軸承要在弧形面板上滾動(dòng)。由于機(jī)械手頻繁動(dòng)作，使偏心軸承與弧形面板的接觸面產(chǎn)生滾動(dòng)接觸疲勞磨損［7］，弧形面板表面會(huì)逐漸形成凹槽，見圖5，機(jī)械手動(dòng)作時(shí)就會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)，最終導(dǎo)致機(jī)械手裝置使用壽命的降低。如果機(jī)械手不能一次性將銅板剝離，分離梁就必須反復(fù)動(dòng)作。這樣就會(huì)減少分離梁的使用壽命。

圖5 弧形面板磨損示意圖

經(jīng)過分析，機(jī)械手部位故障主要由弧形面板接觸疲勞磨損引起。弧形面板材質(zhì)為Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼。現(xiàn)場(chǎng)工況下弧形面板更換周期為3個(gè)月，使用壽命較短，因此需要提高弧形面板表面硬度，對(duì)弧形面板整體進(jìn)行滲碳處理，滲碳層深度為0.5mm，滲碳后表面耐磨性大幅度提高，表面硬度達(dá)到58HRC。在同一工況下將改進(jìn)后弧形面板與改進(jìn)前的面板進(jìn)行對(duì)比，改造后面板的磨痕明顯減少。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，改進(jìn)后弧形面板更換周期延長至6個(gè)月。

3.3 分離油缸材質(zhì)選用不合理

陰極板進(jìn)人剝片裝置區(qū)域前需要在洗滌裝置中將陽極泥洗凈，如圖1，進(jìn)入到剝片裝置區(qū)域時(shí)陰極板仍殘留少量酸水。分離油缸在陰極板下方，殘留的酸水會(huì)沿著陰極板流到分離油缸上，分離油缸材質(zhì)為45號(hào)鋼，耐腐蝕性能差，導(dǎo)致分離油缸后鋼套產(chǎn)生化學(xué)腐蝕出現(xiàn)漏油，嚴(yán)重影響分離油缸使用壽命。

針對(duì)分離油缸不耐腐蝕這一問題，對(duì)油缸進(jìn)行改良。將分離油缸鋼筒、前鋼套、后鋼套、耳軸材質(zhì)改為304不銹鋼，考慮到耐磨性能及強(qiáng)度要求，活塞和活塞桿材質(zhì)不變。改良后分離油缸耐腐蝕性能大幅度提升，徹底解決了分離油缸由于材質(zhì)原因?qū)е碌脑O(shè)備故障。

3.4 分離梁設(shè)計(jì)不合理

分離梁是由油缸支承架與橫梁以焊接形式連接組成，其鋼材的厚度僅為4mm，如圖6。橫梁經(jīng)過長期運(yùn)行容易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致故障產(chǎn)生，影響機(jī)組作業(yè)速度。改造前分離梁為焊接整體式設(shè)計(jì)，由于分離梁在剝下架下方，空間狹小導(dǎo)致更換步驟繁瑣。更換分離梁首先需要拆除舉升油缸，然后拆除上方鏈條和軌道，其次再拆除舊的分離梁。等到安裝完新分離梁之后再裝上油缸，鏈條和軌道。其中拆裝鏈條和軌道耗費(fèi)了大量的時(shí)間。

圖6 整體式分離梁結(jié)構(gòu)

由于分離梁設(shè)計(jì)上的缺陷，導(dǎo)致故障頻發(fā)，檢修耗時(shí)長。針對(duì)這些問題，對(duì)分離梁進(jìn)行改造，鋼材厚度由原來4mm增至6mm，并對(duì)整體式分離橫梁改為分體式分離橫梁，支撐架與橫梁之間的連接形式改為螺栓連接，且在外部加焊。從圖7中可以看出改造后分離梁為分體式模塊化結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，分離梁故障率大幅度降低，使用壽命由4個(gè)月提高至18個(gè)月。

結(jié)構(gòu)的改進(jìn)也簡化了安裝步驟，拆除油缸和舊梁之后，將新橫梁從鏈條中間穿過，油缸支承架分別從鏈條兩側(cè)移入，然后用高強(qiáng)度螺栓連接，并在對(duì)接口進(jìn)行焊接加固。此項(xiàng)改進(jìn)可以避免拆裝鏈條和軌道，檢修用時(shí)由原先平均7個(gè)小時(shí)下降到3.8個(gè)小時(shí)，提高了檢修效率。

圖7 分體式分離梁結(jié)構(gòu)

4 改進(jìn)效果

通過對(duì)優(yōu)化后的設(shè)備進(jìn)行跟蹤觀察，統(tǒng)計(jì)出了優(yōu)化后的部件年度故障次數(shù)及使用壽命，由表2可知，鑿刀故障率下降40%，使用壽命提高67%；機(jī)械手故障率下降67%，使用壽命提高100%；分離油缸故障率下降50%，使用壽命提高100%；分離梁故障率下降50%，使用壽命提高50%。

表2 優(yōu)化前后年度故障次數(shù)及使用壽命對(duì)比

5 結(jié)語

通過對(duì)剝片裝置進(jìn)行的設(shè)備改造，提高了備件的使用壽命，降低了設(shè)備的故障率，縮短了檢修時(shí)間，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，顯著提高了整個(gè)剝片機(jī)組的作業(yè)率。這種“部件改進(jìn)、整體提高”的設(shè)備改造新方式，基于“分體式、模塊化”設(shè)計(jì)思路，效果顯著，值得借鑒。