提高陰極銅剝片機組鏈條使用壽命的實踐

江越文

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

質(zhì)量是企業(yè)的生命，成本是企業(yè)生存的保障，在設(shè)備維護方面要盡可能做到物盡其用，最大程度發(fā)揮備件的使用價值，但在實際生產(chǎn)過程中，由于工況改變或是原始設(shè)計與現(xiàn)場不契合等原因，備件達不到正常使用壽命的情況不在少數(shù)。貴溪冶煉廠ISA 法陰極銅剝片機組備件成本中鏈條備件的成本占了很多大一部分，特別是輸送鏈條和橫送鏈條，一方面是鏈條單價較高，另一方面是鏈條的設(shè)計與現(xiàn)場工況不相符。致使鏈條故障率較高，備件損耗較快。在大力推進降本增效的今天，如何控制備件成本，提高設(shè)備使用壽命是非常必要的［1］。

2 剝片機組運行現(xiàn)狀

2.1 機組的工藝流程

陰極銅剝片機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)品陰極銅需要通過該機組的洗滌運輸機進行洗滌，再通過橫送運輸機傳送至剝片裝置進行剝離，剝下的陰極銅通過輸送運輸機至堆垛裝置，堆垛成型的陰極銅最后通過輸出運輸機送出機組［2］。每種運輸機都包括：驅(qū)動設(shè)備（液壓馬達或電機），傳動設(shè)備（鏈輪、軸），執(zhí)行設(shè)備（鏈條）。在運輸機運轉(zhuǎn)過程中，其附屬設(shè)備鏈條一直在滾動或是滑動，其磨損最為直接，并且由于鏈條價格較高，因此鏈條是設(shè)備管理人員最需要關(guān)注的機組設(shè)備之一。

2.2 鏈條的消耗情況

鏈條的更換依據(jù)是其存在劣化程度達到不可控的范圍或是引發(fā)的設(shè)備故障嚴重影響機組作業(yè)效率。通過近幾年對各運輸機鏈條年故障發(fā)生次數(shù)及使用壽命進行統(tǒng)計，由表1 可以看出輸送運輸機的附屬設(shè)備輸送鏈條出現(xiàn)故障最多，更換最為頻繁，使用壽命只有4 個月，其次是橫送鏈條。通過現(xiàn)場調(diào)查，輸送鏈條故障主要表現(xiàn)為鏈條運行卡頓、脫軌、錯位、銹蝕、拉長、斷裂，橫送鏈條故障主要表現(xiàn)為鏈條運行卡頓、脫軌、拉長、斷裂。這些故障嚴重制約了鏈條的正常使用。

表1 機組運輸機附屬鏈條年故障次數(shù)及使用壽命

3 輸送鏈條故障原因及優(yōu)化方案

3.1 二次洗滌對輸送運輸機腐蝕較大

為了滿足陰極銅洗滌質(zhì)量要求，剝片機組輸送運輸機部位增設(shè)了二次洗滌裝置［3］，如圖1。二次洗滌在使用過程中殘留的洗滌水酸性較大，會對碳鋼材質(zhì)的部件造成腐蝕，由于輸送運輸機框架材質(zhì)為Q235 碳素結(jié)構(gòu)鋼，洗滌水長期腐蝕致框架鏤空，造成鏈條下沉，最終導(dǎo)致鏈條卡住致使故障頻發(fā)。由于輸送鏈輪材質(zhì)為45 號鋼，二次洗滌的酸水同樣也會對其產(chǎn)生腐蝕，加劇鏈輪齒尖的磨損。當(dāng)鏈輪齒尖磨損到一定程度后，極易產(chǎn)生鏈條跳齒的現(xiàn)象，造成鏈條錯位從而引發(fā)故障，如圖2。

圖1 輸送運輸機增設(shè)二次洗滌裝置示意圖

圖2 鏈輪腐蝕導(dǎo)致鏈條跳齒錯位示意圖

輸送鏈條為圓柱輥子鏈條，其銷軸、滾輪材質(zhì)都是45 號鋼，酸水腐蝕導(dǎo)致銷軸、滾輪磨損加快，間隙逐漸加大，造成了輸送鏈條整體拉長，甚至斷裂。由于陰極板重量直接作用于鏈條上，當(dāng)鏈條銷軸、滾輪磨損到一定間隙后，使鏈條鏈板與軌道完全貼合，滾動摩擦變?yōu)榛瑒幽Σ?，如圖3，加大了運輸機的負載，進一步加快了鏈條的磨損速度，最終導(dǎo)致鏈條使用壽命降低。輸送運輸機長時間大負荷的運行易造成減速機齒輪壓板螺栓松動，從而導(dǎo)致齒輪破碎，引發(fā)減速機故障。

圖3 銷軸和滾輪磨損導(dǎo)致鏈條下沉示意圖

3.2 優(yōu)化材質(zhì)和結(jié)構(gòu)

針對陰極銅輸送運輸機框架不耐腐蝕,將框架整體更換成304 不銹鋼材質(zhì)，可有效避免框架腐蝕、漏水，鏈條下沉等故障的發(fā)生。由于輸送鏈條和鏈輪存在運動副，304 不銹鋼材質(zhì)硬度不足，所以將鏈條和鏈輪材質(zhì)改為高強度、高硬度兼具抗腐蝕性的SUS630 不銹鋼［4］，并且通過熱處理使其達到最佳的力學(xué)性能，能有效減輕鏈條和鏈輪的腐蝕磨損。

在此基礎(chǔ)上將輸送鏈條鏈板厚度由4mm 增加至6mm，進一步提升了鏈條的抗拉強度，并且在鏈條滾輪內(nèi)鑲?cè)肽湍ツ猃執(zhí)?，如圖4。尼龍?zhí)撞馁|(zhì)選用尼龍1010，該材料具有自潤滑性、良好的耐磨性、耐熱性和耐化學(xué)性［5］，是減少金屬磨損的理想材料，能夠有效緩解鏈條銷軸、滾輪的磨損，提高鏈條的使用壽命。

圖4 滾輪鑲尼龍?zhí)资疽鈭D

3.3 增設(shè)支撐輪裝置

為了降低輸送鏈條負載，在輸送運輸機鏈條兩側(cè)安裝不銹鋼支撐輪裝置用于支撐陰極板，其結(jié)構(gòu)包括剎車緩沖裝置、主支撐輪、過渡輪，如圖5。將支撐輪裝置安裝在鏈條兩側(cè)并高于鏈條5mm 處，如圖6，這樣使得陰極銅的負載始終落在支撐輪上，剎車緩沖裝置的作用是防止陰極板在運送過程中由于慣性沖撞導(dǎo)致定位不準。由于支撐滾輪需要承受較大的徑向載荷，同時需具備耐磨損和腐蝕的性能，在滾輪內(nèi)部鑲?cè)肽湍ツ猃執(zhí)?，減少滾輪和銷軸之間的磨損，提升支撐滾輪的使用壽命。支撐輪裝置的運用，減小了鏈條的負載，有效的提升了鏈條的使用壽命，并且減少了減速機的故障。

圖5 支撐輪裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 支撐輪裝置安裝示意圖

4 橫送鏈條故障原因及優(yōu)化方案

4.1 材質(zhì)選用不合理

橫送鏈條為單根、圓柱形輥子鏈條［6］，鏈節(jié)結(jié)構(gòu)由銷軸、滾輪、鋼套、鏈板組成，如圖7。該鏈條作用是將經(jīng)過一次洗滌后的陰極銅移送經(jīng)過撓曲裝置至剝片裝置剝離，再將剝離后的不銹鋼陰極板移送至排列運輸機，陰極銅需要在橫送鏈條上運行7 個工位，如圖8。由于陰極銅經(jīng)過一次洗滌后有酸水殘留，為了減少對運輸機的腐蝕，原橫送鏈條整體采用304 不銹鋼材質(zhì)，雖然可以腐蝕問題，但304 不銹鋼材質(zhì)較軟，抗拉強度不足，國標304不銹鋼抗拉強度大于等于520MPa，導(dǎo)致鏈條在負重狀態(tài)下長時間運行容易拉長，并且304 不銹鋼材質(zhì)的銷軸、滾輪、鋼套不耐磨，鏈條長期運行會有銅粉進入銷軸、鋼套之間，會加快其磨損的速度導(dǎo)致鏈條非正常拉長，劣化傾向加快，當(dāng)鏈條拉長到一定程度時，陰極銅在鏈條上無法同時滿足7 個工位的定位要求，這時就需要整體更換鏈條。當(dāng)陰極銅經(jīng)過撓曲工位及剝離工位時，小的銅粒子容易掉進磨損后的銷軸、滾輪之間造成滾輪不轉(zhuǎn)，引發(fā)鏈條卡頓等故障。因此，鏈條材質(zhì)選用不合理以及現(xiàn)場銅粉、銅粒子較多是導(dǎo)致橫送鏈條故障頻發(fā)，使用周期短的主要原因。

圖7 橫送鏈條鏈節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 優(yōu)化材質(zhì)和結(jié)構(gòu)

圖8 橫送鏈條工位示意圖

針對橫送鏈條材質(zhì)較軟的問題，將鏈條銷軸、滾輪、鋼套、鏈板整體更換為SUS630 不銹鋼材質(zhì)，并且熱處理使其抗拉強度達到1100～1300MPa,遠超過304 不銹鋼，既保證鏈條的抗腐蝕性又極大提高了抗拉強度及耐磨性。為了進一步減緩鏈條拉長，將鏈條銷軸與鏈板配合的部位由圓形改為方形，原因是銷軸與鏈板是間隙配合，運行過程中圓形的銷軸不可避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，造成材料的磨損，銷軸與鏈板間隙變大，導(dǎo)致鏈條拉長。當(dāng)銷軸與鏈板配合部位形狀改為方形就可防止銷軸轉(zhuǎn)動，減少磨損。

4.3 增設(shè)清洗裝置

為了改善鏈條外部環(huán)境，減少銅粉及細小粒子在鏈條上的附著，在橫送鏈條尾輪處增設(shè)清洗裝置，如圖9，該裝置包括一根清洗水管和兩根壓縮風(fēng)管。清洗水管安裝至鏈條尾輪處，水壓要求大于0.3MPa，對鏈條進行周期性清洗，一天兩次效果較好。在清洗水管后方安裝兩根壓縮風(fēng)管，風(fēng)壓要求大于0.4MPa,可將大部分的洗滌水沖干，保持鏈條的清潔，仍有少量洗滌水由滾輪帶入整條軌道，可實現(xiàn)對鏈條的水潤滑，以減小摩擦系數(shù)。通過增加鏈條清洗裝置，可基本消除鏈條銅粉、粒子附著帶來的設(shè)備故障，提高鏈條的使用壽命。

圖9 鏈條清洗裝置安裝示意圖

5 改進效果

通過對改進后的設(shè)備進行跟蹤觀察，統(tǒng)計出了設(shè)備改進后的輸送鏈條及橫送鏈條年度故障次數(shù)以及使用壽命情況，通過表可以看出，輸送鏈條的故障率下降71%，使用壽命提升至改進前的3 倍，橫送鏈條的故障率下降57%，使用壽命提升至改進前的2 倍。

表2 改進后鏈條年故障次數(shù)及使用壽命

6 結(jié)語

機組的輸送鏈條及橫送鏈條使用周期短是由于鏈條內(nèi)部材質(zhì)及結(jié)構(gòu)不合理和環(huán)境腐蝕、負載過大等外部因素造成，通過對輸送鏈條及橫送鏈條材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的內(nèi)部優(yōu)化，并且增設(shè)支撐輪裝置、鏈條清洗裝置等措施，改善外部環(huán)境，解決了影響鏈條正常使用的內(nèi)外因素，提升了機組鏈條的使用壽命，降低了機組的維護成本。