某厂立磨液压站频繁启动问题的分析与处理

周东海（南京西普水泥工程集团有限公司，江苏 南京 211100）

0 引言

立磨是一种大型粉磨设备，集破碎、干燥、粉磨、分级、输送于一体，是一种高效率的粉磨设备，广泛应用于水泥、电力、冶金、化工、非金属矿等行业。它采用料床粉磨原理，一般使用液压系统作为动力源在磨辊和磨盘之间形成较大的粉磨压力，完成物料的粉碎、粉磨。某水泥厂现场巡检工人反映，该厂立磨加压油站近一段时间启动频繁，油站房内噪音较大，影响油泵的使用寿命。针对此问题，本文在介绍立磨液压缸压力变化控制原理的基础上，提出解决方法。

1 立磨粉磨单元介绍

立磨粉磨单元具有不同种形式，但一般由磨盘、磨辊、摇臂（或压力框架）、液压张紧装置（包括液压缸、有杆腔蓄能器、无杆腔蓄能器、液压管路及液压站等）等组成。磨辊的工作载荷是靠液压张紧装置施加的，液压缸产生的拉力通过摇臂传到磨辊上，在磨辊和磨盘之间形成工作压力，见图1。

图1 立磨粉磨单元示意图

立磨进行粉磨工作时，液压站通过管路向液压缸和蓄能器供油，液压缸活塞在有杆腔压力和无杆腔压力共同作用下向下运动，带动摇臂围绕摇臂旋转轴顺时针旋转，磨辊在摇臂作用下也顺时针旋转，使磨盘和磨辊之间的料层厚度变小，对物料形成挤压力。磨盘上的料层厚度变化，也会推动磨辊位置变化：料层变薄，磨辊顺时针旋转，液压缸向下运动，有杆腔体积增大，压力下降，无杆腔体积缩小，压力升高；料层变厚，磨辊逆时针旋转，液压缸向上运动，有杆腔体积缩小，压力上升，无杆腔体积增大，压力下降，在此过程中，管路上设置的蓄能器可以吸收或释放液压油以减小液压缸内压力的变化量，保持料层所受粉磨力的稳定。

2 立磨液压缸压力变化控制原理

立磨在正常生产时，由于料层的变化、管路泄漏或液压缸内泄漏都会导致有杆腔和无杆腔的压力发生变化，为了保证物料在磨盘上受到稳定的粉磨压力，控制系统会根据压力变化的大小进行自动调整。一般有杆腔压力有3个值：正常工作时的有杆腔工作压力P有，有杆腔最大工作压力P有max，有杆腔最小工作压力P有min；无杆腔压力也有3个值：正常工作时的无杆腔工作压力P无，无杆腔最大工作压力P无max，无杆腔最小工作压力P无min。图2为立磨在生产时一个开机周期内正常的有杆腔和无杆腔的压力变化，且假设开磨前有杆腔和无杆腔都没有压力，其中P抬为立磨的抬辊压力。

图2 立磨在生产时一个开机周期内正常的有杆腔和无杆腔的压力变化

图2中，线段组am为有杆腔的压力变化，线段组a’m’为无杆腔的压力变化；Ⅰ时间段为立磨启磨前抬辊阶段，Ⅱ时间段为立磨维持抬辊阶段，Ⅲ时间段为立磨落辊阶段，Ⅳ时间段为立磨维持生产阶段，Ⅴ时间段为立磨停机抬辊阶段，Ⅵ时间段为立磨维持抬辊阶段。

（1）在Ⅰ时间段内，液压站向无杆腔补压，直到所有磨辊达到指定位置停止，无杆腔压力达到P抬，此阶段有杆腔不需要加压，维持为0；

（2）在Ⅱ时间段内，液压站不动作，无杆腔压力维持为P抬，无杆腔压力维持为0，在此阶段完成粉磨系统的相关设备开启；

（3）在Ⅲ时间段内，有杆腔开始加压，液压缸活塞在有杆腔压力作用下向下运动，无杆腔在活塞作用下体积收缩，压力增大，当压力增加到P无max时，无杆腔进行泄压，当压力到达P无时泄压停止，无杆腔在活塞的作用下再次增压，不断重复该动作直至有杆腔压力达到P有时停止，完成落辊动作，液压站停机，系统压力通过蓄能器的变化维持生产。

（4）在Ⅳ时间段内，由于物料或工艺参数的变化，有杆腔和无杆腔的压力会产生一定的变化，当此变化达到设定值时，控制系统将产生动作对有杆腔和无杆腔的压力进行调整，以保持立磨对物料施加相对稳定的粉磨力。如：对于有杆腔压力，d—e阶段有杆腔压力虽有波动但没有达到设定值，控制系统不动作，e—f阶段，由于料层变厚，磨辊被料层顶起，液压缸向上运动，有杆腔压力不断升高直至到达f点的P有max，到达f点后控制系统将产生动作，f—g阶段有杆腔进行泄压，直至压力达到P有，停止泄压，进入g—h阶段的小幅波动，在h—i阶段，由于料层变薄，磨辊随料层下落，液压缸向下运动，有杆腔压力不断下降直至到达i点的P有min（或者由于液压缸内泄漏导致有杆腔压力不断下降直至到达i点的P有min，），到达i点后控制系统将产生动作，i—j阶段有杆腔进行补，直至压力达到P有，停止补压，进入j—k阶段的小幅波动；

对于无杆腔压力，d’—e’阶段无杆腔压力虽有波动但没有达到设定值，控制系统不动作，e’—f’阶段无杆腔压力不断升高直至到达f’点的P无max（或者由于液压缸内泄漏导致无杆腔压力不断上升直至到达f’点的P无max），到达f’点后控制系统将产生动作，f’—g’阶段无杆腔进行泄压，直至压力达到P无，停止泄压，进入g’—h’阶段的小幅波动，在h’—i’阶段，无杆腔压力不断下降直至到达i’点的P无min，到达i’点后控制系统将产生动作，i’—j’阶段无杆腔进行补，直至压力达到P无，停止补压，进入j’—k’阶段的小幅波动；

（5）在Ⅴ时间段，有杆腔压力不断下降直至为0，无杆腔压力补压至P抬。

（6）在Ⅵ时间段，有杆腔压力维持为0状态，无杆腔压力维持为P抬。

有上述可知，在正常生产时，只有有杆腔压力达到P有min和无杆腔压力达到P无min时，触发补压条件液压站才会启动补压。当立磨液压系统发生频繁启动时，检查出触发补压程序的原因并排除即可解决。

3 问题分析

根据立磨液压系统的工作原理，立磨加压油站在生产中运行，主要是为液压缸进行补压，且为有杆腔进行补压占有更大的比例，而有杆腔压力下降主要是由于管路泄露或液压缸活塞内泄漏引起。通过现场检查，立磨液压管路正常，不存在泄露点，故怀疑加压站运行为液压缸内泄漏造成的。为了确认哪只油缸产生泄露，对各油缸进行保压实验，实验结果为4组液压缸保压性能良好，有杆腔几乎没有压降产生。

为了进一步查找油泵运行的原因，调取了立磨运行的中控参数，形成曲线组以方便分析。此立磨为4辊立磨，有杆腔分为两组，无杆腔为一组。故做曲线组时选取的变量包括：一组油压（第一组张紧有杆腔油压），二组油压（第二组张紧有杆腔油压），张紧无杆腔压力，油泵压力（张紧出口压力），料层厚度（磨辊限位），见图3。

图3 各组油压及料层厚度曲线组

通过曲线组分析发现了问题，在图3中，油泵开启是由于二组油压降低到P有min引起的补压需求，而液压管路和加压缸都没有泄露，二组油压降低只能由控制系统主动泄压引起，进一步观察二组油压在下降点之前的变化，发现立磨二组油压在泄压之前存在缓慢上升直至泄压点的情况，结合料位的变化发现，二组油压上升的时间内，料位的数值也存在上升的情况，这样就不难得出整个变化过程：立磨在正常运行时，系统维持稳定，但某种工艺状态的变化引起磨盘上料层增加，推动磨辊向上运动，进而推动液压缸向上运动，液压缸有杆腔压力不断上升，当压力增加到设定的高限时，控制程序触发了二组油压泄压条件，二组油压开始泄压，由于泄压条件中存在延时条件，即泄压一段时间后检查压力，若压力达到控制值则停止泄压，若压力没能达到控制值则再次泄压，重复该动作直至压力达到控制值。

而从图3中看出，二组油压在进行第一次泄压时就将油压下降到补压油压，控制系统发现二组油压过低，启动液压站进行补压，当二组油压补充到设置值时，停止补压，加压系统进入稳定运行阶段。此种工况的产生说明控制系统一次泄压产生的压降过大，而这种情况的产生可能原因包括：蓄能器氮气囊破损失效，蓄能器氮气囊的预充压力偏高，P有max和P有min设置不合理，泄压时间过长等。

4 改进措施及效果

通过现场检查依次排除了蓄能器氮气囊破损失效、蓄能器氮气囊的预充压力偏高及P有max和P有min设置不合理等因素，只剩下泄压时间过长这一因素。电气工程师将一次泄压时间适当调短，减小一次泄压的油量，使泄压后的油压控制在P有附近。调整后的生产状况表明此次修改有效的解决了液压站的频繁启动，减小了油站房内噪音，提高了油泵的使用寿命。