1、改造背景

磷鐵環(huán)壓脫機(jī)做為電解鋁廠組裝車(chē)間的關(guān)鍵設(shè)備，其主要作用電解生產(chǎn)線下線的殘極經(jīng)殘極壓脫后，將導(dǎo)桿組鋼爪上的磷鐵環(huán)壓脫下來(lái)，完成鋼爪和磷鐵環(huán)的分離，重新進(jìn)入生產(chǎn)線循環(huán)使用。在這個(gè)工序上，連城分公司200KA炭素系統(tǒng)使用的是AISCO公司的聯(lián)合壓脫機(jī)，將殘極和磷鐵在一臺(tái)設(shè)備上同時(shí)壓脫。由于炭塊盡寸較小（L=1500）,該設(shè)備采用單油缸四爪同時(shí)壓脫方式，運(yùn)行高效、可靠[1]。隨著電解槽向大型化方向發(fā)展，電解槽用炭陽(yáng)極尺寸也逐步加大。因此在設(shè)備選購(gòu)時(shí)對(duì)磷鐵環(huán)壓脫機(jī)的性能提出了更加嚴(yán)格的要求。由于連城分公司500KA炭素系統(tǒng)陽(yáng)極炭塊長(zhǎng)度達(dá)到了1850mm（后改為1890mm），在選擇磷鐵環(huán)壓脫機(jī)時(shí)，選擇單爪壓脫、兩爪壓脫還是四爪壓脫頗費(fèi)了一番周折。最終選擇了當(dāng)時(shí)理念比較先進(jìn)的雙油缸四爪磷鐵環(huán)壓脫機(jī)。

該型壓脫機(jī)為新鄉(xiāng)某公司制造，為當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)第一臺(tái)雙油缸磷鐵環(huán)壓脫機(jī)。采用兩個(gè)頂升油缸同步頂升，從理論解決了大尺寸陽(yáng)極鋼爪在壓脫過(guò)程出現(xiàn)偏載時(shí)對(duì)油缸的損傷等問(wèn)題。兩個(gè)頂升油缸的同步性是由安裝在兩個(gè)頂升油缸兩側(cè)的電位器式位移傳感器檢測(cè)油缸行程，通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的比例電磁閥分別控制兩個(gè)油缸實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)位移傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)，通過(guò)PLC計(jì)算出同步誤差，并根據(jù)PID輸出控制比例電磁閥流量，最終確保兩個(gè)油缸同步誤差小于5%的報(bào)警值。該設(shè)備對(duì)頂升油缸同步性要求非常高。若油缸不同步會(huì)導(dǎo)致機(jī)械部件卡死或變形撕裂等嚴(yán)重故障。

該設(shè)備自2020年投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，因現(xiàn)場(chǎng)粉塵大、電位器式位移傳感器自身無(wú)法完全密封、壓脫時(shí)產(chǎn)生的劇烈震動(dòng)、電位器動(dòng)桿與電阻絲磨擦等原因，電位器式位移傳感器在使用一周左右便會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)跳動(dòng)等現(xiàn)象，導(dǎo)致PLC無(wú)法根據(jù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確計(jì)算同步誤差，系統(tǒng)頻繁同步超差報(bào)警，造成生產(chǎn)中斷，甚至引起其它機(jī)械部件損壞，造成更大損失。為保證生產(chǎn)線運(yùn)行，不得不頻繁更換位移傳感器。幾乎每天都因?yàn)橥匠罟收隙C(jī)檢修，每個(gè)位移傳感器平均壽命不足兩周。該設(shè)備同步超差故障時(shí)間占到了整個(gè)組裝車(chē)間故障時(shí)間的近一半，嚴(yán)重制約組裝生產(chǎn)線的正常運(yùn)行，成為整個(gè)組裝生產(chǎn)線的重要瓶頸。

為解決此問(wèn)題，設(shè)備生產(chǎn)廠家技術(shù)人員和連城分公司技術(shù)人員分別進(jìn)行了多次嘗試性改造，包括位移傳感器密封試驗(yàn)、重新設(shè)計(jì)安裝位置、用進(jìn)口位移傳感器代替國(guó)產(chǎn)位移傳感器等都未取得較好的效果。2022年9月，設(shè)備廠家技術(shù)人員在頂升油缸液壓管路上安裝一臺(tái)同步馬達(dá)，在運(yùn)行中仍不能解決同步性差的問(wèn)題，相反又帶來(lái)了新的問(wèn)題。2023年4月，連城分公司檢修人員用進(jìn)口電磁接近感應(yīng)式位移傳感器代替了原裝的傳感器，由于油缸動(dòng)作時(shí)所帶動(dòng)的傳感器的感應(yīng)桿不與傳感器直接接觸。但仍然存在很多問(wèn)題：

①安裝位置只能選擇在遠(yuǎn)離油缸的頂砧外側(cè)，放大了兩油缸同步位移誤差的數(shù)值，壓脫時(shí)極易出現(xiàn)同步超差報(bào)警而油缸活塞桿實(shí)際并未超差現(xiàn)象；②安裝在頂砧上的感應(yīng)桿經(jīng)常因?yàn)檎饎?dòng)產(chǎn)生變形、開(kāi)焊，導(dǎo)致感應(yīng)失效產(chǎn)生測(cè)量誤差；等等，這些問(wèn)題導(dǎo)致的同步超差報(bào)警仍然十分頻繁，與其它設(shè)備相比，故障率依然很高。

2、技術(shù)原理

連城分公司技術(shù)人員經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)備現(xiàn)狀的分析，認(rèn)為：①雙油缸磷鐵環(huán)壓脫機(jī)在設(shè)計(jì)理念上有其先進(jìn)性，可以很好地解決單油缸壓脫機(jī)存在的一些問(wèn)題，可以有效地降低設(shè)備制造成本。只需要解決性能可靠位移傳感器，即可解決同步超差問(wèn)題。②位移傳感器需要同時(shí)滿足動(dòng)、靜兩部分為非接觸式結(jié)構(gòu)、且具在很好的抗震能力。

3、實(shí)施方案

經(jīng)過(guò)多方查找，吸收應(yīng)用設(shè)備先進(jìn)技術(shù)，最終決定將位移傳感器改造為油缸內(nèi)置式磁致伸縮位移傳感器進(jìn)行試驗(yàn)，具體實(shí)施方案如下：

（1）與國(guó)內(nèi)知名廠家協(xié)商定制內(nèi)置式磁致伸縮位移傳感器的頂升油缸。位移傳感器選用博爾森磁致伸縮位移傳感器。該傳感器檢測(cè)元件(波導(dǎo)管)套在耐高壓的不銹鋼管中安裝在油缸尾部，感應(yīng)磁環(huán)安裝在活塞桿內(nèi)腔，與感應(yīng)器本體無(wú)直接磨擦，具有無(wú)限機(jī)械壽命、測(cè)量誤差<0.1mm、可重復(fù)性極高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)；測(cè)量數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)反應(yīng)出活塞桿的真實(shí)位移，不受壓脫時(shí)油缸劇烈沖擊震動(dòng)的影響，使比例伺服控制系統(tǒng)具有更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，最大程度減少雙油缸同步超差的發(fā)生。

（2）PLC程序進(jìn)行調(diào)整，將原先使用梯形圖計(jì)算指令直接計(jì)算控制油缸比例閥輸出的控制方式，改造為PID指令進(jìn)行計(jì)算，增加積分、微分、死區(qū)等控制方式。使控制系統(tǒng)具有更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，進(jìn)一步減小同步誤差。

4、實(shí)施效果

以上改造于2024年5月完成，使用至今已達(dá)2年，油缸內(nèi)置式磁致伸縮位移傳感器效果良好，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，絲毫不受壓脫劇烈震動(dòng)的影響，從未發(fā)生過(guò)故障，油缸同步精度可以達(dá)到0.1%，因傳感器導(dǎo)致的同步超差故障消失，極大地提高了磷鐵環(huán)壓脫機(jī)的運(yùn)行可靠性和連續(xù)性，同時(shí)大大降低了設(shè)備的維修費(fèi)用。

5、結(jié)語(yǔ)

該技術(shù)在連城分公司使用以來(lái)，已穩(wěn)定運(yùn)行2年，成功解決了同步超差故障的瓶頸問(wèn)題，設(shè)備運(yùn)行可靠性大幅提高。此項(xiàng)改造，為連城分公司技術(shù)人員根據(jù)自身設(shè)備檢修經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)行。油缸內(nèi)置位移傳感器為當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)同類(lèi)磷鐵環(huán)壓脫機(jī)（雙大直徑壓脫油缸）的首創(chuàng)，完美地解決了原設(shè)備廠家將近3年未解決的問(wèn)題。