目前，随着160～200 kA大容量预焙电解槽在我国使用范围越来越广，铝电解所需的炭素阳极炭块规格也越来越大，中国铝业青海分公司四爪阳极块尺寸已达1400 mm×660 mm×540 mm。500t残极破碎机是用于破碎电解返回的残极块以及其它不合格的生、熟阳极块的主要设备，可将物料粗碎到150mm×150 mm尺寸以下，然后再经皮带输送机进入颚式破碎机和圆锥破碎机进一步破碎，最后破碎至10～50 mm小块，做为原料返回生产系统中再次利用。500t残极破碎机的正常运行，将直接影响下一步的生产。
500t残极破碎机技术参数：
破碎力 5000 kN
碎料尺寸 150×150或100×100 mm（由格筛
筛孔尺寸大小决定）
产能 6 t/h
液压站电机功率45×2=90 kW
1 500 t残极破碎机的结构特点
1.1破碎装置
破碎装置由翻料装置、推料装置、格筛、机体、冲头装置和充液阀等部件组成。翻料装置的作用是把残极或要破碎的生阳极运至翻料平台上，经油缸把平台上炭块翻到破碎室内进行破碎。推料装置的作用把破碎室内已经被挤压实了的物料进行松动，以便进行再破碎。格筛安装在破碎室下面的支承梁上，为了减少炭块翻转下来产生的冲击力，在格筛与支承梁之间安装有碟形弹簧。机体是整个破碎装置的主要受力构件，由机架、固定齿板、导轨和衬板等部件组成。由厚钢板焊制而成的机架外形尺寸为4700 mm×2880 mm×1390 mm．在机架一端的中央开设一个安装主油缸的孔，在机体两侧开设两个安装侧部油缸的孔。固定齿板、导轨和衬板均由耐磨钢制成，并从结构设计上为维修和更换提供方便。冲头装置是破碎机的主要做功部件，它是由主油缸和两个侧部油缸及冲头组成，冲头上安装有活动齿板（该活动齿板与机体上的固定齿板构成破碎室）。主油缸在进行加压运动时，主柱塞带动冲头前进，以起到对物料的挤压破碎作用。充液阀的作用是利用其内部的活塞杆开启阀口，保证侧部油缸在快速前进或后退时，主油缸可以从油箱中大量吸油或排油。当活塞杆下降关闭阀口时，压力油顺利通过充液阀而进入主油缸，推动主柱塞进行破碎工作。为了消除油缸和充液阀中的气体，在充液阀顶部安装有排气阀。
1.2液压系统
液压系统由液压件装配、油箱装配和泵组装配三部分组成。液压件装配分成三个集成块，安装在一块焊在油箱顶部的立板上，为了满足液压系统连续工作的要求，保证油温不高，在油箱顶部装有冷却器，主油缸的加压和充液采用国产充液阀，泵采用国产菱形法兰接口的CBL5140齿轮泵。
1.3控制系统
500t残极破碎机的控制采用电磁继电控制方式，其控制程序如下。
①炭块被送至翻料平台后，根据控制按钮发出的信号，使翻料油缸动作，将炭块翻入破碎室内待破碎，然后根据控制按钮信号，侧部油缸前进，主油缸充油，翻料缸返回。
②两个侧部油缸接到信号后动作，活塞杆带动冲头快速前进（低油压，大流量），同时打开充液阀，油箱的油便被吸入到主油缸一柱塞缸的后腔；主油缸中的主柱塞推动冲头前进（高油压，小流量）。加压油路上设有两个压力继电器，当冲头触及炭块后，油压不断升高，当压力达到压力继电器的设定值时，侧部泊缸停止前进，延时后自动关闭充液阀并接通高压油，由主油缸加压前进；当油压达到设定值后，保压一段时间，使炭块充分破碎，同时油压开始下降；当压力低于设定值时，发出信号通知两侧部油缸的活塞带动主柱塞返回（低油压，大流量），侧部油缸开始带动冲头后退，并自动打开充液阀，主缸内的油流回油箱。
③侧部油缸返回到位后，发出信号，通知推料油缸前进，对物料进行松散并排料，当推料油缸行进至前部限位开关后，经延时自动返回，直至触及尾部限位开关，使计数器动作一次；计数器发出信号，两个侧部油缸再次带动冲头前进。如此重复2·4次上述动作，直至破碎工作完毕，破碎好的物料通过格筛下至输送机上运走。
2 500 t残极破碎机存在的问题
500t残极破碎机已经经过了十多年的运行，由于当初设计的局限性，存在许多问题，主要包括以下几个方面。
2.1油缸磨损老化
主油缸导向套磨损严重，有外泄漏现象，活塞与冲头的接触端面变形，导致作用力不均匀；侧部油缸、推料缸、充液阀顶出缸等导向套与活塞密封均存在磨损，有泄漏，且侧部油缸与尾座连接方式不合理，经常出现缸座损坏情况。
2.2导轨、机体部分磨损变形
冲头支撑导轨磨损严重，其承载性能和导向性能严重劣化；推科板的导向套磨损间隙变大，导向性能差，滑块变形严重；倾翻板损坏，已无法保证正常工作。
2.3充液阀故障
主油缸推动冲头前进的动力通过充液阀获得。充液阀的作用有二：①当侧部油缸带动冲头快速前进时，活塞推动顶杆上移，顶杆推开锥形阀芯，打开充液阀，油箱中的油被吸入主油缸内，起到快速充液、填补缸内真空的作用；②当主油缸进行挤压破碎作业时，活塞下移，阀芯下部被压缩了的弹簧自动张开，拉动阀芯下降，并堵住充液口。当打开高压油阀后，高压油便沿着阀芯周围的空腔进入主油缸，提高了主油缸的压力，进行破碎工作。充液阀是一种卸载式液控单向阀，主油缸中液压油的吸入和排出，均取决于控制活塞的位置。控制活塞要打开锥形阀芯，必须克服三方面的阻力，即弹簧的向下推力；活塞与控制油缸内壁之间的摩擦力以及锥形阀芯下部导杆与导向套之间的摩擦力。其间最常见的故障是由于冲液阀采用卧式安装，活塞与控制油缸内壁之间发生磨损，出现泄漏。由于残极破碎机所处的工作环境粉尘大，液压油容易被污染，造成活塞与控制油缸内壁之间的磨损加剧。
2.4液压系统故障
由于该残极破碎机运行多年，液压管路泄漏严重，管内油垢堆积；部分液压阀老化，存在内外泄漏问题。液压齿轮泵频繁损坏，平均使用寿命仅3个月，而且压力不稳定。各压力表功能丧失，相应测试点的压力无法判断是否正常；油箱冷却器已坏，功能丧失多年；部分液压阀老化，压力不稳定，功能丧失，泄漏严重。
2.5 电气系统故障
原设计的线路均采用黑皮线，经过长时间油浸泡后出现膨胀，外皮脱落现象十分严重，常出现短路、接地等故障。由于目前采用电磁继电控制方式，自动化程度低且维修不便，故不同程度地出现元器件老化现象，动作迟缓，灵敏度降低，严重影响生产的顺利进行，设备的运转效益降低。
3、改造内容
3.1油缸
更换全部油缸，油缸采用国内制造、质量较好的仿制Parker油缸。
3.2导轨机体部分
更换冲头支撑导轨、推料板导向套以及滑块和倾翻板。
3.3侧部油缸尾座的改造
运行一段时间后导轨发生磨损，导轨面凹凸不平，而侧部油缸与尾座的连接方式原为水平转动，推料板在导轨上滑动时，导致侧部油缸的上下摆动，使侧部油缸尾座经常损坏。故将侧部油缸与尾座连接方式由水平转动改为上下转动（见图2）。
3.4液压系统
3.4.1改进前后液压系统主要技术参数对比（见表1）
3.4.2液压管路及液压阀
重新设计液压站，管路重新配置，油管采用Parker公司提供的精密冷拔无缝钢管，油管接口少，泄漏点少，除低压管路的管道连接部件采用法兰连接外，其余均采用Parker公司的EO接头和软管；压力继电器选用德国HAWE的柱塞式压力继电器，并带有表盘；阀件全部采用Parker公司的液压阀，板式集成块连接结构，所有阀件全部安装在油路阀块上，阀块上直接引出油缸、压力表、压力继电器接口，以及进油口和回油口，体积小，外观整齐；回油过滤器选用国产高过滤精度、大公称流量的RFB - 800过滤器。
3.4.3液压泵
为了加大液压泵的流量，减小电动机座尺寸、体积和重量，将原来的6极电动机改为4极电动机。共配置两台柱塞泵，一备一用，亦或两台泵同时工作，液压泵采用Parker公司生产的定量柱塞泵，额定压力为42 MPa，排量为110 mL/r。油泵采用Parker公司生产的JMF12 - 110型定量柱塞泵，噪音小，工作性能稳定，使用寿命达到传统齿轮泵的两倍以上。该液压泵具有独特的球柱塞设计，能够在极高的轴转速下使用，工作压力可达48 MPa，轴与缸体之间的夹角为400角，使液压泵的结构十分紧凑，重量轻，仅为36 kg，最高工作温度可达80℃，最高转速达3600r/min。
3.4.4充液阀
采用贵阳奥特公司设计制造的新型立式充液阀，不仅避免了卧式安装时活塞与控制油缸内壁之间的磨损，而且该泵具有体积小、流量大、工作稳定等特点。
3.4.5轨道润滑系统
采用多点润滑方式，即每个小柱塞泵直接向其对应的一个润滑点供给润滑脂。
润滑系统技术参数：
公称工作压力10 MPa
每口给油量 0～0.2 ml次
给油次数 13/min
贮油桶容积 23 L
出油口数（点） 18个（实际使用16个，2个备用）
润滑脂锥入度 不低于300 (25℃，150 g)1/10mm
铜管规格 Ø8×1
3.5控制系统
本次改造重新铺设了从操作台到液压站及润滑站的动力电缆和控制电缆；根据控制的技术要求，在操作台内增加低压元件及扩展模块；控制电压为DC24V；电气控制系绕采用西门子公司生产的S7 -200系列PLC，代替原来使用的电磁继电器，CPU模块为226XM，包括一个中央处理单元(CPU)、电源及数字量1/0点，上述元件均集成在一个紧凑、独立的设备中。对各工位的动作进行编程，主要由控制柜、操作台、端子箱、电器元件、执行元件和检测元件等构成。操作台上相应的动作按钮及指示灯，均可实现自动／手动转换以及相应的动作操作，指示灯反馈相应的动作或故障信息。另外还设有冷却系统和润滑系统。
4、结束语
500t残极破碎机经过改造，更换了关键的运行部件，恢复了设备的使用性能，在控制方面进行了可编程改造，提高了设备产能，解决了动作迟缓、灵敏度降低等问题，改变了过去国产齿轮泵寿命低、卧式充液阀故障频繁的弊端，仅备件费用一年即可节约10万元。同时，由于设备停机时间减少，故产量增加，降低了检修工作的劳动强度。
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