江越文

（江西铜业集团有限公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

1 引言

质量是企业的生命，成本是企业生存的保障，在设备维护方面要尽可能做到物尽其用，最大程度发挥备件的使用价值，但在实际生产过程中，由于工况改变或是原始设计与现场不契合等原因，备件达不到正常使用寿命的情况不在少数。贵溪冶炼厂ISA 法阴极铜剥片机组备件成本中链条备件的成本占了很多大一部分，特别是输送链条和横送链条，一方面是链条单价较高，另一方面是链条的设计与现场工况不相符。致使链条故障率较高，备件损耗较快。在大力推进降本增效的今天，如何控制备件成本，提高设备使用寿命是非常必要的［1］。

2 剥片机组运行现状

2.1 机组的工艺流程

阴极铜剥片机组是贵冶电解车间三系列生产阴极铜的最后一道工序，产品阴极铜需要通过该机组的洗涤运输机进行洗涤，再通过横送运输机传送至剥片装置进行剥离，剥下的阴极铜通过输送运输机至堆垛装置，堆垛成型的阴极铜最后通过输出运输机送出机组［2］。每种运输机都包括：驱动设备（液压马达或电机），传动设备（链轮、轴），执行设备（链条）。在运输机运转过程中，其附属设备链条一直在滚动或是滑动，其磨损最为直接，并且由于链条价格较高，因此链条是设备管理人员最需要关注的机组设备之一。

2.2 链条的消耗情况

链条的更换依据是其存在劣化程度达到不可控的范围或是引发的设备故障严重影响机组作业效率。通过近几年对各运输机链条年故障发生次数及使用寿命进行统计，由表1 可以看出输送运输机的附属设备输送链条出现故障最多，更换最为频繁，使用寿命只有4 个月，其次是横送链条。通过现场调查，输送链条故障主要表现为链条运行卡顿、脱轨、错位、锈蚀、拉长、断裂，横送链条故障主要表现为链条运行卡顿、脱轨、拉长、断裂。这些故障严重制约了链条的正常使用。

表1 机组运输机附属链条年故障次数及使用寿命

3 输送链条故障原因及优化方案

3.1 二次洗涤对输送运输机腐蚀较大

为了满足阴极铜洗涤质量要求，剥片机组输送运输机部位增设了二次洗涤装置［3］，如图1。二次洗涤在使用过程中残留的洗涤水酸性较大，会对碳钢材质的部件造成腐蚀，由于输送运输机框架材质为Q235 碳素结构钢，洗涤水长期腐蚀致框架镂空，造成链条下沉，最终导致链条卡住致使故障频发。由于输送链轮材质为45 号钢，二次洗涤的酸水同样也会对其产生腐蚀，加剧链轮齿尖的磨损。当链轮齿尖磨损到一定程度后，极易产生链条跳齿的现象，造成链条错位从而引发故障，如图2。

图1 输送运输机增设二次洗涤装置示意图

图2 链轮腐蚀导致链条跳齿错位示意图

输送链条为圆柱辊子链条，其销轴、滚轮材质都是45 号钢，酸水腐蚀导致销轴、滚轮磨损加快，间隙逐渐加大，造成了输送链条整体拉长，甚至断裂。由于阴极板重量直接作用于链条上，当链条销轴、滚轮磨损到一定间隙后，使链条链板与轨道完全贴合，滚动摩擦变为滑动摩擦，如图3，加大了运输机的负载，进一步加快了链条的磨损速度，最终导致链条使用寿命降低。输送运输机长时间大负荷的运行易造成减速机齿轮压板螺栓松动，从而导致齿轮破碎，引发减速机故障。

图3 销轴和滚轮磨损导致链条下沉示意图

3.2 优化材质和结构

针对阴极铜输送运输机框架不耐腐蚀,将框架整体更换成304 不锈钢材质，可有效避免框架腐蚀、漏水，链条下沉等故障的发生。由于输送链条和链轮存在运动副，304 不锈钢材质硬度不足，所以将链条和链轮材质改为高强度、高硬度兼具抗腐蚀性的SUS630 不锈钢［4］，并且通过热处理使其达到最佳的力学性能，能有效减轻链条和链轮的腐蚀磨损。

在此基础上将输送链条链板厚度由4mm 增加至6mm，进一步提升了链条的抗拉强度，并且在链条滚轮内镶入耐磨尼龙套，如图4。尼龙套材质选用尼龙1010，该材料具有自润滑性、良好的耐磨性、耐热性和耐化学性［5］，是减少金属磨损的理想材料，能够有效缓解链条销轴、滚轮的磨损，提高链条的使用寿命。

图4 滚轮镶尼龙套示意图

3.3 增设支撑轮装置

为了降低输送链条负载，在输送运输机链条两侧安装不锈钢支撑轮装置用于支撑阴极板，其结构包括刹车缓冲装置、主支撑轮、过渡轮，如图5。将支撑轮装置安装在链条两侧并高于链条5mm 处，如图6，这样使得阴极铜的负载始终落在支撑轮上，刹车缓冲装置的作用是防止阴极板在运送过程中由于惯性冲撞导致定位不准。由于支撑滚轮需要承受较大的径向载荷，同时需具备耐磨损和腐蚀的性能，在滚轮内部镶入耐磨尼龙套，减少滚轮和销轴之间的磨损，提升支撑滚轮的使用寿命。支撑轮装置的运用，减小了链条的负载，有效的提升了链条的使用寿命，并且减少了减速机的故障。

图5 支撑轮装置结构示意图

图6 支撑轮装置安装示意图

4 横送链条故障原因及优化方案

4.1 材质选用不合理

横送链条为单根、圆柱形辊子链条［6］，链节结构由销轴、滚轮、钢套、链板组成，如图7。该链条作用是将经过一次洗涤后的阴极铜移送经过挠曲装置至剥片装置剥离，再将剥离后的不锈钢阴极板移送至排列运输机，阴极铜需要在横送链条上运行7 个工位，如图8。由于阴极铜经过一次洗涤后有酸水残留，为了减少对运输机的腐蚀，原横送链条整体采用304 不锈钢材质，虽然可以腐蚀问题，但304 不锈钢材质较软，抗拉强度不足，国标304不锈钢抗拉强度大于等于520MPa，导致链条在负重状态下长时间运行容易拉长，并且304 不锈钢材质的销轴、滚轮、钢套不耐磨，链条长期运行会有铜粉进入销轴、钢套之间，会加快其磨损的速度导致链条非正常拉长，劣化倾向加快，当链条拉长到一定程度时，阴极铜在链条上无法同时满足7 个工位的定位要求，这时就需要整体更换链条。当阴极铜经过挠曲工位及剥离工位时，小的铜粒子容易掉进磨损后的销轴、滚轮之间造成滚轮不转，引发链条卡顿等故障。因此，链条材质选用不合理以及现场铜粉、铜粒子较多是导致横送链条故障频发，使用周期短的主要原因。

图7 横送链条链节结构示意图

4.2 优化材质和结构

图8 横送链条工位示意图

针对横送链条材质较软的问题，将链条销轴、滚轮、钢套、链板整体更换为SUS630 不锈钢材质，并且热处理使其抗拉强度达到1100～1300MPa,远超过304 不锈钢，既保证链条的抗腐蚀性又极大提高了抗拉强度及耐磨性。为了进一步减缓链条拉长，将链条销轴与链板配合的部位由圆形改为方形，原因是销轴与链板是间隙配合，运行过程中圆形的销轴不可避免产生转动，造成材料的磨损，销轴与链板间隙变大，导致链条拉长。当销轴与链板配合部位形状改为方形就可防止销轴转动，减少磨损。

4.3 增设清洗装置

为了改善链条外部环境，减少铜粉及细小粒子在链条上的附着，在横送链条尾轮处增设清洗装置，如图9，该装置包括一根清洗水管和两根压缩风管。清洗水管安装至链条尾轮处，水压要求大于0.3MPa，对链条进行周期性清洗，一天两次效果较好。在清洗水管后方安装两根压缩风管，风压要求大于0.4MPa,可将大部分的洗涤水冲干，保持链条的清洁，仍有少量洗涤水由滚轮带入整条轨道，可实现对链条的水润滑，以减小摩擦系数。通过增加链条清洗装置，可基本消除链条铜粉、粒子附着带来的设备故障，提高链条的使用寿命。

图9 链条清洗装置安装示意图

5 改进效果

通过对改进后的设备进行跟踪观察，统计出了设备改进后的输送链条及横送链条年度故障次数以及使用寿命情况，通过表可以看出，输送链条的故障率下降71%，使用寿命提升至改进前的3 倍，横送链条的故障率下降57%，使用寿命提升至改进前的2 倍。

表2 改进后链条年故障次数及使用寿命

6 结语

机组的输送链条及横送链条使用周期短是由于链条内部材质及结构不合理和环境腐蚀、负载过大等外部因素造成，通过对输送链条及横送链条材质和结构的内部优化，并且增设支撑轮装置、链条清洗装置等措施，改善外部环境，解决了影响链条正常使用的内外因素，提升了机组链条的使用寿命，降低了机组的维护成本。