ISA电解行车技术装备创新及常见设备故障的控制

张伟旗（江西铜业集团铜材有限公司 鹰潭 335424）

ISA电解行车技术装备创新及常见设备故障的控制

张伟旗
（江西铜业集团铜材有限公司 鹰潭 335424）

通过持续技术装备创新及对常见设备故障进行控制，突破了外方对ISA电解行车核心技术的垄断和封锁，取得了安全技术性好，自动化水平、作业效率及稳定可靠性高，设备故障率低、使用寿命长，成本能耗水平高等成果。

技术装备创新 设备故障控制 自动化水平 作业效率 稳定可靠性 成本能耗

某冶炼厂新30万t ISA系统从芬兰奥托昆普公司引进了3条联动机组和2台半自动行车，其中ISA电解专用行车是其电解车间核心设备，主要配合2条阴极铜剥片机组、1条阳极加工机组和出装槽作业，承担极板和其它物料的吊运工作。该厂阴极铜采用湿法生产工艺，具有强腐蚀性液相和气相介质[1]，且受外方原设计不合理的种种限制，其行车常因设备故障多而不得不中断作业，成为生产技术的“瓶颈”，使该行车综合效能和规模效益得不到充分体现和发挥。因而，针对行车持续进行技术装备创新及常见设备故障进行有效的控制，十分必要。

1　行车设计原理及工艺流程

1.1行车设计原理

新30万t ISA电解设有东西两套循环系统，共66组，其中16槽共64组，20槽共2组；东西两套系统各设有512、552个电解槽。其电解厂房设计采用双跨共柱结构，主跨内设有2台32t ISA电解半自动行车，可安全快捷高效地将阴阳极板装入或吊出电解槽。其主要技术参数为外形尺寸：L31．5m×W6．19m；跨距：LK= 31．5m；额定载荷：4×8t+3．2t；主、辅扬程：6．5m、9．5m。电动葫芦吊：6．2t。

该ISA电解行车主要由主梁、端梁、大小车行走机构、卷扬提升机构、挂缆及电控系统等组成。其机械结构皆采用“模块化”设计，安装维护便利；箱体由钢板制作，呈双梁桥式结构，采用四轮驱动，由地面无线遥控操纵；两个主梁分别跨架在两侧端梁上，小车横跨于两大主梁轨道上，大车配电箱和小车电缆滑架分别设于其两侧；端梁两侧设有四组发动机，大车行走由齿轮减速器驱动，每侧端梁由两组滑车支撑，每组滑车由主从动轮组成，两组滑车间用箱型结构联接，四角均设油压缓冲装置。

大车行走机构主要由带制动器电动机、减速机、轴、联轴器、车轮等组成。其装于梁的两端，车轮的移动由电动机驱动；主梁西面上端设有电气柜，每根梁下设4只行走轮，每侧4只，共8只，4只主动轮分别由4台电机驱动。齿轮偏移式减速机为ADK80 DL D1．0-90 0/32．4 防尘密闭型，皆设计选用防尘构造螺旋齿轮箱、圆锥滚子轴承；内含KBA160 B4 型锥形变频制动器；行驶轮采用DEMAG DRS500轮系，编码带端主动轮两侧分别设有一个导向轮。

小车行走机构设在小车架上，与驾驶室连为一体。它主要由带制动器电动机、齿轮减速机、轴、联轴器及车轮等构成。为便于小车精确定位，在轨道底部平行位置设有条形编码带；利用电动机驱动带动齿轮实现横向前进，4只车轮皆为驱动轮，每只轮两侧各设一只导向轮；减速装置选用ADE60 DD D1．0-A76-0/67．9 型防尘构造螺旋齿轮箱、圆锥滚子轴承、DRS400轮组；减速齿轮皆选用油箱飞溅供油方式；为防止脱轨，小车行走轨道两端皆设有制动器，小车四角设有橡胶缓冲器；一只二步杆式限位开关可限制小车行至南北两端的时速。

卷扬提升机构设在小车架上。主要由电动机、制动器、减速机、卷筒、定滑轮、钢丝绳等构成。其提升系统由提升电机、减速机、卷筒、防摆架、导向架、吊架等组成。其中，电动机驱动带动卷筒、滑轮卷绕钢丝绳；防摆架装置直接固定于小车底部，配有四个绝缘件，可防止行车移动时吊架晃动及支撑接液盘；阴极对直梳理装置设在导向架底部两侧，确保行车移动时阴极板互相不碰撞，且能安全、顺利地插入槽内阳极板之间；吊架直接与主吊连接，与吊绳绝缘，其配有外侧阳极、内侧阴极吊钩系统，吊钩由防酸材料制作；阳极吊架设置110个吊钩分两排均布，由电机驱动、转向；南、北第一根阳极吊钩可单独控制；阴极吊架设置108个吊钩，分两排均布，由1台马达驱动；阴阳极吊钩则可同时方便、快速处理阴阳极，勿需作任何移动，能将阳极吊钩从槽壁和导电板上移开，减少接触和受损的危险。

卷筒采用钢板焊接结构，外加两只定滑轮。主卷齿轮选用卧式防尘密封、油箱飞溅供油，均采用滚动轴承。主卷制动器主要由制动、顶推器两大部分构成，采用交流电动液压式抱闸，要求必须安全可靠。

钢丝绳属易磨损件。其使用寿命伴随着起重机械的特性、工作条件及用途变化而变化[2]，其上配有传感器，以监视操作的不同步骤，保证半自动作业安全。

电动葫芦用于吊运偶然脱落于电解槽中的极板及零星吊运等辅助性工作。它主要由小车（含小车架、小车运行机构）、三合一起升机构（电机、减速机和制动器）、卷筒、钢丝绳、倒绳器、吊钩、配重及电控箱等组成。其符合人体工学设计的吊钩和安全扣，使装卸工作更安全快捷。

驾驶室可随吊架移动，便于随时观察、看清槽内操作情况。可通过以太网与机组等系统保持无线联络，按指令自动可靠执行；其大小车、接酸盘、主卷电机均采用变频电机，主卷电机由旋转式编码器、PLC控制，使行车运行更加准确、平稳、安全。

1.2主工艺流程

该厂采用永久不锈钢阴极工艺。合格阳极板送至阳极整形加工机组加工后，按极距100mm排列，由专用行车吊入电解槽，电解阴极7天，阳极21天，经一个阴极周期，阴极由行车送至阴极洗涤剥片机组，剥下的阴极铜经称量打包送至成品库，不锈钢阴极经重新排版吊回电解槽，残阳极经残极洗涤堆垛机组处理后，由叉车送至熔炼车间。其具有工作频繁，负荷作业率高，潮湿，酸雾大，速度快，安全可靠性要求高等特点。

2　ISA电解行车技术装备创新

2.1三维自动定位自控技术创新

为提高生产效率，实现半自动行车的三维自动定位功能，施工过程中，通过认真钻研载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD的差错检测和恢复技术，对行车与720只电解槽的定位进行粗调、精调、微调，试调数据13126个，建立数据库；在卷扬机构、大小车运行机构上皆新增设编码器和校正开关，形成闭环控制系统，由PLC编程自动控制，能手动或自动操作控制行车到达指定槽位，可使阴阳极吊钩准确、快速地钩取放置阴阳极。其大小车轨道旁均设有条形编码带，由激光定位偏移，便于行车出装槽作业的精确定位，粗定位精度：±20mm，极板定位精度：±2mm。高温酷暑或寒冬腊月极端天气下，行车轨道上的编码带易热胀冷缩，产生变形，导致行车定位不准，仅需在编码带端部适当增加伸缩节即可。

2.2阳极吊钩固定方式设计创新

原设计阳极吊钩在实际作业过程中常左右晃动。其主因是其固定方式不合理，每个阳极吊钩仅靠两个M16螺栓固定于吊耙横梁上，不牢靠。为确保其安全稳定可靠作业，必须加强其固定设计强度，依据平面几何中三点成一面的原理，宜设计在吊耙横梁下新增一块固定板，板长与横梁长度相等，且每个吊钩上增设一个M16螺栓。

2.3阴极吊钩结构形式设计创新

原设计阴极吊钩结构太单薄，在作业中容易碰弯或变形损坏，对人身设备构成严重威胁。可不改变吊钩材质，仅将其结构形状由原单吊钩优化设计为双吊钩形式[3]，优化后其结构强度大增，变形极少，稳定可靠性高，能充分满足安全生产的需求。

2.4行车作业不同步设计创新

原2台半自动行车作业不同步，作业后仍不得不采取人工方式继续调整阳极板和阴极间距，费时又费力。为提高其稳定性，将叠成的垫板改为一整体；为消除定位偏差，在1#车槽定位导向环垫板上新增可调装置，且将定位针底座固定方式由原玻璃钢粘接固定于电解槽上改为预埋螺栓，以确保牢靠不松动；为提高粗定位精度，可适当调整变频器的相关参数及PLC程序。

2.5工业设备网络自控技术创新

传统法作业时，人员站在电解槽面指挥行车将始板吊放槽内，吊放准确度低，劳动强度大，时间长，环境差，易发生人身设备事故。为实现行车与机组之间、机组之间的自动协同作业，可给系统编程，如每日作业循环，提供机组操作界面参数，收集与报出数据，报警和在线状态显示等诸多功能，采用了先进的工业设备网络自控系统，行车与地面站通过标准局域网相连，便于接受、管理和控制信息；行车与机组和站之间，通过无线局域网进行联络和操作[4]。

3　ISA电解行车常见故障的控制

3.1“过卷”事故

也称“吊钩冲天”。吊钩冲过极限位置“过卷”时，轻则挤坏动、定滑轮组轮槽，致使钢丝绳损伤失效；重则导致吊钩组及所吊重物坠地，后果不堪设想。若抱闸间隙过大，闸皮磨损严重，抱闸不紧，运行中吊钩组过度游摆时，需调节拉杆、更换闸皮，调至不紧不松的最佳状态；若控制线路短路、接地或接线有误，接触器主触头粘连、衔铁卡滞，控制器组件损坏、配合间隙超差或控制器手柄摆位有误时，必须加强主回路维护，试验极限开关是否灵敏可靠，确保极限操作回路和极限报警装置的完好；控制器未回零位，噪音过大掩盖了吊钩继续上升噪音时，须集中精力操作，且不得接长钢丝绳。

3.2制动力不足、制动器失灵、轮温过高

制动器涉及行车安全生产，勿容小觑。该故障主因是制动带与制动轮间有油垢或磨损过大；制动带有局部小块脱落；主弹簧调得过松或失效；锁紧螺母松动，致使拉杆松脱；制动器主要部件损坏等。要杜绝带“病”运行，加强点检、定期润滑、调整紧固及维护保养，及时修整或更换磨损件，从而可保证相应机构的工作需求。

3.3小车不动作

行走电机故障时，应及时排查原因，排除故障；而小车行走限位未复位或损坏时，则应立即使限位复位或更换限位。

3.4整车不动作

滑块与滑线接触不良时，应校正滑块或滑线，使其完全接触，且常清扫滑线；遥控器或接受装置失灵时，必须立即排查故障；未送电时，需确保安全前提下送电。

3.5钢丝绳脱槽及损伤失效

1）脱槽：野蛮装卸物料时，易导致线盘损坏、钢丝绳散乱或损伤，特别是歪拉斜吊，轻则使绳与轮槽偏离脱槽，行车无法正常工作；重则导致钢丝绳拉断、吊钩坠地，须更换有缺口滑轮，严格标准化作业。

2）损伤失效：钢丝绳润滑不良、有污物、脱槽或窜槽时，易导致异常磨损、扭转、打结、破裂、断股或断丝损伤而失效，须严格标准作业，加强点检、清洗及润滑，及时更换断股或断丝数超过规定值的钢丝绳。

3.6齿轮运行不正常且噪音大

齿轮的润滑、啮合及磨损，常可采用听声音、摸温度、测震动等法判断。若有规则运行噪音时，可能是齿轮啮合或摩擦所致，应排查齿轮是否损坏，及时换油或轴承；若出现不规则运行噪音时，则需排查油中是否有杂物，联络专业维修人员抢修。

3.7齿轮部件漏油

从齿轮部件外罩上或从电机凸缘上漏油时，是由齿轮外罩上的垫圈缺陷引起的，应重新紧固、检查齿轮部件及其外罩上的螺栓；从电机油封漏油时，乃垫片缺陷所致，必须联络专业人员进行维修；从齿轮部件凸缘上或从输出端油封漏油时，需立即给齿轮部件通风；从通气阀门处漏油时，其主因是油太多、传动设备安装位置不正确、太频繁冷起动（油泡沫）及油水平面太高，需纠正油平面、油水平和正确安装通气阀门。

3.8卷筒筒壁减薄、孔洞及断裂

卷筒与钢丝绳接触相互挤压和摩擦，当卷筒减薄累积到一定程度时，往往因承受不住钢丝绳的压力而产生断裂现象，应参照国标要求，当卷筒筒壁出现裂纹或磨损达原来的20%时，必须立即维修或更换，且加强对卷筒和钢丝绳的点检、润滑及防尘。

3.9吊钩溜钩、裂纹、变形或损坏断裂

1）溜钩：提升机构吊重物时，未误操作、未超载，是制动系统长期频繁刹车，制动轮与垫间隙过大，导致制动突然失灵，起吊重物失控坠落，极易砸撞、摔伤、挤压地面作业人员，安全隐患极大，必须调整制动螺栓或更换磨损刹车片，加强点检、润滑保养及调整，杜绝带“病”作业。

2）吊钩裂纹、变形或断裂：吊钩任务重且作业频繁，易损坏或断裂，安全隐患大，其诱因是严重磨损或长期超载。吊运时必须严禁超载，点检时要密切注意吊钩开口度、危险断面磨损状况，需定期对吊钩进行退火处理，一旦裂纹，特种设备管理人员须按有关国标作报废处理，不得焊补再用。

3.10减速器轮齿折断、齿面点蚀或磨损

短时间过载或受到冲击载荷，多次重复弯曲引起疲劳折断时，应杜绝超载使用，启动、制动宜缓慢、平稳；齿面不光滑，有凸起点产生应力集中，温度过高，使润滑失效或润滑剂不清洁时，应加强润滑，选择适宜型号的润滑剂或及时更换；金属屑、粉尘污染物等硬颗粒进入摩擦面，导致异常磨损时，必须检查润滑油洁净度或换油。

3.11大小车行走故障或有异响

1）大小车行走困难或无法行走：行走电机故障时，要及时排查原因，排除故障；大小车行走限位未复位或损坏时，则必须立即使限位复位或更换限位。

2）大小车运行时有异响：大小车行走减速器内齿轮间隙太大时，应排查齿轮是否损坏或更换新齿轮；大车行走轮或轴承损坏时，应更换新备件；轨道偏移时，需进行调整与紧固；润滑不良时，需补充润滑油。

3.12啃轨

也称“啃道”。即大车运行时车轮轮缘与承载轨道侧面产生严重挤压或磨损。电解生产负荷重，轨道精度超差、摩擦不均，出现磨损、啃轨、车体振动、运动阻力过大时，需频繁地更换、补焊车轮，特别是易使车轮爬轨[5]，安全隐患大。只有从调整走轮和调整轨道方面入手，采用测量手段与数据标准相结合的方式，拿出合理调整方案。

3.13电动机无负荷状态下早期故障

1）不动作且电机发出“嗡嗡”响：定子与转子接触或配线中一相断开时，应立即调整接触点或接触部位；开关接触不良、保险丝烧融或轴承卡死时，要及时更换。

2）不转动“嗡嗡”响、手拔动则转动：由三相中单相动作引起，应定时巡回检查运行中的电动机，一旦发现问题时，必须立即加以解决，以策安全；若无声音时，则可能是电动机线圈断线或停电。

3.14 电葫芦常见故障

1）不工作或不提升载荷：需接通主电源，释放紧急停止按钮，按下启动按钮，及时更换熔断器；若运作至其极限位置时，应立即离开该位置；电动机过热，温度传感器阻止继续动作时，需待电机冷却后，再检查电机绝缘是否完好，避免重复和不必要的短启动；一个相位无效即无电压时，应修理电源；电葫芦虽能工作，但不能提升载荷时，其主因是吊钩负荷过重，必须检查且确保吊钩负荷未超过允许的最大额定值。

2）起升运动的方向错误：因电源相位连接错误所致，应交换电源电压两个相位顺序，再检查运作方向。

3）无法行走或有异常噪音：需清除电葫芦轨道上的障碍物，排查控制回路交流接触器触头、行走控制变频器是否故障，减速箱或轴承是否缺油，“嗡嗡”声过高易导致齿轮、轴承过度磨损损坏。电机异常噪音的位置、高低及音别随故障原因不同而不同，电机单相运转时，发出忽强忽弱、有规律的“嗡嗡”声；轴承损坏时，近处有“咯噔、咯噔”的“嗡嗡”声；联轴器轴心不正或电机轻微扫膛时，整台电机发出极高的“嗡嗡”声且时而尖锐刺耳，需立即排除故障。

4）电动机温升过高：电葫芦超载时，电机易发热；长期超载时，将烧毁电机；电机未超载仍发热时，需排查电机、严格按电机工作制工作；需更换损坏的电机轴承；电机运转时，制动器间隙太小，未完全脱开，摩擦力很大，导致发热严重，附加载荷陡增，使电机转速降低，电流变大而发热，必须立即停葫芦，重新调整制动间隙至适宜值。

5）重物升至半空，停车后不能起动：系统电压过低或波动过大时，应待电压恢复正常后再起动；三相电机运转缺相时，停机后无法起动，需检查电源相数。

6）不能停车或到极限位置仍不停车：按下停止开关时，接触器触头因熔焊而未断开，电机却照常得电运转，致使葫芦不停车；到极限位置限位器失灵，葫芦不停车时，需切断电源，强行停葫芦检修接触器或限位器，必须立即更换严重损坏件。

3.15行车破损区域表面腐蚀

行车吊装过程中，其破损区域表面极易腐蚀，需尽快修补以防止腐蚀扩大。宜先使用恰当的溶剂清洁，即去除需修补表面的灰尘、油脂及盐等；再使用钢刷或按油漆等级规定的喷砂级别去除破损区域及附近区域残留的油漆及锈蚀，最后在该区域涂上与原油漆结合的油漆，并多次喷涂使其厚度与原油漆相配，但不推荐使用辊子。

5　结束语

ISA电解行车是电解车间的核心设备。其运行是否平稳，直接影响到ISA铜的电解作业率、产品品质及能耗成本水平，十分关键。因而加强对其持续进行技术装备创新及常见设备故障的有效控制，对提升其综合处理能力，扩大ISA铜产能，提高作业率，减少出槽及维修工作量，降低成本能耗，提供了强有力的技术保障，保证了电解生产的安全、高效、低耗、环保及经济运行。

[1] 马民. 浅谈年产30万吨铜电解厂房的设计[J]. 有色冶金设计与研究，2011，32（2）：36-38.

[2] 吴宁. 32t天车钢丝绳常见的问题及解决办法[J].冶金丛刊，2009，181（3）：30-31.

[3] 熊友泉. 国内首条引进ISA电解装备的完善[J]. 有色设备，2009，03：28-31.

[4] 张帆. ISA铜电解技术的进展[J]. 有色金属(冶炼部分)，2005，01：2-4+10.

[5] 蒋立冬. 桥式行车啃轨问题出现的原因和解决办法[J]. 机械工程师，2012，05：121-122.

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联系人：庄晓 010-59068615

胡丹 010-59068612

The Technology Equipment Innovation and Common Equipment Failure Controlling of Bridge Crane in ISA Electrolytic Workshop

Zhang Weiqi
(Copper Co., Ltd of Jiangxi Copper corporation Yingtan 335424)

Through continuous technology equipment innovation and common equipment failure controlling breaking the foreign monopoly and long-term technology blockade of core technology on ISA electrolytic driving it has obtained the good safety technical, automation level and operation efficiency and stability of high reliability, low equipment failure rate and long service life and high-level cost of energy consumption results.

Technology equipment innovation Equipment failure controlling Automation level Working performance Stable reliability Cost and energy consumption

X941

B

1673-257X(2016)01-0082-05

10．3969/j．issn．1673-257X．2016．01．019

张伟旗(1965～)，男，本科，高级工程师，从事有色冶金、铜加工、矿山机械、机电设备工程等方面的技术研究工作。

（2015-10-20）