某廠立磨液壓站頻繁啟動問題的分析與處理

周東海（南京西普水泥工程集團有限公司，江蘇 南京 211100）

0 引言

立磨是一種大型粉磨設備，集破碎、干燥、粉磨、分級、輸送于一體，是一種高效率的粉磨設備，廣泛應用于水泥、電力、冶金、化工、非金屬礦等行業。它采用料床粉磨原理，一般使用液壓系統作為動力源在磨輥和磨盤之間形成較大的粉磨壓力，完成物料的粉碎、粉磨。某水泥廠現場巡檢工人反映，該廠立磨加壓油站近一段時間啟動頻繁，油站房內噪音較大，影響油泵的使用壽命。針對此問題，本文在介紹立磨液壓缸壓力變化控制原理的基礎上，提出解決方法。

1 立磨粉磨單元介紹

立磨粉磨單元具有不同種形式，但一般由磨盤、磨輥、搖臂（或壓力框架）、液壓張緊裝置（包括液壓缸、有桿腔蓄能器、無桿腔蓄能器、液壓管路及液壓站等）等組成。磨輥的工作載荷是靠液壓張緊裝置施加的，液壓缸產生的拉力通過搖臂傳到磨輥上，在磨輥和磨盤之間形成工作壓力，見圖1。

圖1 立磨粉磨單元示意圖

立磨進行粉磨工作時，液壓站通過管路向液壓缸和蓄能器供油，液壓缸活塞在有桿腔壓力和無桿腔壓力共同作用下向下運動，帶動搖臂圍繞搖臂旋轉軸順時針旋轉，磨輥在搖臂作用下也順時針旋轉，使磨盤和磨輥之間的料層厚度變小，對物料形成擠壓力。磨盤上的料層厚度變化，也會推動磨輥位置變化：料層變薄，磨輥順時針旋轉，液壓缸向下運動，有桿腔體積增大，壓力下降，無桿腔體積縮小，壓力升高；料層變厚，磨輥逆時針旋轉，液壓缸向上運動，有桿腔體積縮小，壓力上升，無桿腔體積增大，壓力下降，在此過程中，管路上設置的蓄能器可以吸收或釋放液壓油以減小液壓缸內壓力的變化量，保持料層所受粉磨力的穩定。

2 立磨液壓缸壓力變化控制原理

立磨在正常生產時，由于料層的變化、管路泄漏或液壓缸內泄漏都會導致有桿腔和無桿腔的壓力發生變化，為了保證物料在磨盤上受到穩定的粉磨壓力，控制系統會根據壓力變化的大小進行自動調整。一般有桿腔壓力有3個值：正常工作時的有桿腔工作壓力P有，有桿腔最大工作壓力P有max，有桿腔最小工作壓力P有min；無桿腔壓力也有3個值：正常工作時的無桿腔工作壓力P無，無桿腔最大工作壓力P無max，無桿腔最小工作壓力P無min。圖2為立磨在生產時一個開機周期內正常的有桿腔和無桿腔的壓力變化，且假設開磨前有桿腔和無桿腔都沒有壓力，其中P抬為立磨的抬輥壓力。

圖2 立磨在生產時一個開機周期內正常的有桿腔和無桿腔的壓力變化

圖2中，線段組am為有桿腔的壓力變化，線段組a’m’為無桿腔的壓力變化；Ⅰ時間段為立磨啟磨前抬輥階段，Ⅱ時間段為立磨維持抬輥階段，Ⅲ時間段為立磨落輥階段，Ⅳ時間段為立磨維持生產階段，Ⅴ時間段為立磨停機抬輥階段，Ⅵ時間段為立磨維持抬輥階段。

（1）在Ⅰ時間段內，液壓站向無桿腔補壓，直到所有磨輥達到指定位置停止，無桿腔壓力達到P抬，此階段有桿腔不需要加壓，維持為0；

（2）在Ⅱ時間段內，液壓站不動作，無桿腔壓力維持為P抬，無桿腔壓力維持為0，在此階段完成粉磨系統的相關設備開啟；

（3）在Ⅲ時間段內，有桿腔開始加壓，液壓缸活塞在有桿腔壓力作用下向下運動，無桿腔在活塞作用下體積收縮，壓力增大，當壓力增加到P無max時，無桿腔進行泄壓，當壓力到達P無時泄壓停止，無桿腔在活塞的作用下再次增壓，不斷重復該動作直至有桿腔壓力達到P有時停止，完成落輥動作，液壓站停機，系統壓力通過蓄能器的變化維持生產。

（4）在Ⅳ時間段內，由于物料或工藝參數的變化，有桿腔和無桿腔的壓力會產生一定的變化，當此變化達到設定值時，控制系統將產生動作對有桿腔和無桿腔的壓力進行調整，以保持立磨對物料施加相對穩定的粉磨力。如：對于有桿腔壓力，d—e階段有桿腔壓力雖有波動但沒有達到設定值，控制系統不動作，e—f階段，由于料層變厚，磨輥被料層頂起，液壓缸向上運動，有桿腔壓力不斷升高直至到達f點的P有max，到達f點后控制系統將產生動作，f—g階段有桿腔進行泄壓，直至壓力達到P有，停止泄壓，進入g—h階段的小幅波動，在h—i階段，由于料層變薄，磨輥隨料層下落，液壓缸向下運動，有桿腔壓力不斷下降直至到達i點的P有min（或者由于液壓缸內泄漏導致有桿腔壓力不斷下降直至到達i點的P有min，），到達i點后控制系統將產生動作，i—j階段有桿腔進行補，直至壓力達到P有，停止補壓，進入j—k階段的小幅波動；

對于無桿腔壓力，d’—e’階段無桿腔壓力雖有波動但沒有達到設定值，控制系統不動作，e’—f’階段無桿腔壓力不斷升高直至到達f’點的P無max（或者由于液壓缸內泄漏導致無桿腔壓力不斷上升直至到達f’點的P無max），到達f’點后控制系統將產生動作，f’—g’階段無桿腔進行泄壓，直至壓力達到P無，停止泄壓，進入g’—h’階段的小幅波動，在h’—i’階段，無桿腔壓力不斷下降直至到達i’點的P無min，到達i’點后控制系統將產生動作，i’—j’階段無桿腔進行補，直至壓力達到P無，停止補壓，進入j’—k’階段的小幅波動；

（5）在Ⅴ時間段，有桿腔壓力不斷下降直至為0，無桿腔壓力補壓至P抬。

（6）在Ⅵ時間段，有桿腔壓力維持為0狀態，無桿腔壓力維持為P抬。

有上述可知，在正常生產時，只有有桿腔壓力達到P有min和無桿腔壓力達到P無min時，觸發補壓條件液壓站才會啟動補壓。當立磨液壓系統發生頻繁啟動時，檢查出觸發補壓程序的原因并排除即可解決。

3 問題分析

根據立磨液壓系統的工作原理，立磨加壓油站在生產中運行，主要是為液壓缸進行補壓，且為有桿腔進行補壓占有更大的比例，而有桿腔壓力下降主要是由于管路泄露或液壓缸活塞內泄漏引起。通過現場檢查，立磨液壓管路正常，不存在泄露點，故懷疑加壓站運行為液壓缸內泄漏造成的。為了確認哪只油缸產生泄露，對各油缸進行保壓實驗，實驗結果為4組液壓缸保壓性能良好，有桿腔幾乎沒有壓降產生。

為了進一步查找油泵運行的原因，調取了立磨運行的中控參數，形成曲線組以方便分析。此立磨為4輥立磨，有桿腔分為兩組，無桿腔為一組。故做曲線組時選取的變量包括：一組油壓（第一組張緊有桿腔油壓），二組油壓（第二組張緊有桿腔油壓），張緊無桿腔壓力，油泵壓力（張緊出口壓力），料層厚度（磨輥限位），見圖3。

圖3 各組油壓及料層厚度曲線組

通過曲線組分析發現了問題，在圖3中，油泵開啟是由于二組油壓降低到P有min引起的補壓需求，而液壓管路和加壓缸都沒有泄露，二組油壓降低只能由控制系統主動泄壓引起，進一步觀察二組油壓在下降點之前的變化，發現立磨二組油壓在泄壓之前存在緩慢上升直至泄壓點的情況，結合料位的變化發現，二組油壓上升的時間內，料位的數值也存在上升的情況，這樣就不難得出整個變化過程：立磨在正常運行時，系統維持穩定，但某種工藝狀態的變化引起磨盤上料層增加，推動磨輥向上運動，進而推動液壓缸向上運動，液壓缸有桿腔壓力不斷上升，當壓力增加到設定的高限時，控制程序觸發了二組油壓泄壓條件，二組油壓開始泄壓，由于泄壓條件中存在延時條件，即泄壓一段時間后檢查壓力，若壓力達到控制值則停止泄壓，若壓力沒能達到控制值則再次泄壓，重復該動作直至壓力達到控制值。

而從圖3中看出，二組油壓在進行第一次泄壓時就將油壓下降到補壓油壓，控制系統發現二組油壓過低，啟動液壓站進行補壓，當二組油壓補充到設置值時，停止補壓，加壓系統進入穩定運行階段。此種工況的產生說明控制系統一次泄壓產生的壓降過大，而這種情況的產生可能原因包括：蓄能器氮氣囊破損失效，蓄能器氮氣囊的預充壓力偏高，P有max和P有min設置不合理，泄壓時間過長等。

4 改進措施及效果

通過現場檢查依次排除了蓄能器氮氣囊破損失效、蓄能器氮氣囊的預充壓力偏高及P有max和P有min設置不合理等因素，只剩下泄壓時間過長這一因素。電氣工程師將一次泄壓時間適當調短，減小一次泄壓的油量，使泄壓后的油壓控制在P有附近。調整后的生產狀況表明此次修改有效的解決了液壓站的頻繁啟動，減小了油站房內噪音，提高了油泵的使用壽命。