新型铝电解多功能机组的改进设计*张云伟(中国有色(沈阳)冶金机械有限公司铝设备设计研究所,辽宁沈阳110141)[摘 要]针对铝电解多功能机组在生产过程中出现的问题,基于拓展功能、改进创新的设计思想,从机械设计的角度进行分析研究,制定主要机械结构及参数的改进措施。
经过近两年的运行,实践证明,改进后的铝电解多功能机组在设计上是成功的,并具有良好的社会效益和经济效益。
[关键词]电解;铝电解多功能机组;预焙阳极电解槽[中图分类号]TH2151022 [文献标识码]A [文章编号]1003-8884(2009)05-0011-06Improved Design of New Aluminum Electrolysis Multifunctional UnitZHANG Yun -wei(Aluminum Equipment Design and Research Institute,NFC(Shenyang)MetallurgicalMachinery C o.Ltd.,Shenyang 110141,China)Abstract:Considering the problem occurred in the aluminum electrolysis multifunctional unit operation,based on the idea of developing function and improving design,makes analysis from the perspective of mechanical de -sign,the article establishes the improvement measures of main mechanical structure and para meters.B y two years operation practice,the improved aluminum elec trolysis multifunc tional unit design is proved to be success -ful,obtains good social and economical benefits.Key words:electrolysis;aluminum electrolysis multifunctional unit;pre -baked anode reduction cell[收稿日期]2009-04-21 [修回日期]2009-09-14[基金项目]本文课题为中国有色(沈阳)冶金机械有限公司2006年科技研发项目(2006104069),2008年通过中国有色金属协会的科技成果鉴定,同年获中国有色金属工业科学技术奖一等奖.[作者简介]张云伟(1956-),男,辽宁新民市人,高级工程师,大学本科,中国有色(沈阳)冶金机械有限公司制铝设备学科带头人,从事制铝设备项目机械设计工作.0 前言铝电解多功能机组是大型铝电解生产的机械化专用操作设备,承担着辅助大型预焙阳极铝电解槽规模化生产作业任务,该机组是集打壳、加料、更换阳极及测高装置、清理阳极铲、出铝等功能为一体的机械、液压、气动、电气控制的高科技产品,可以使电解铝生产从根本上摆脱繁重的体力劳动,极大地改善操作环境和作业条件,减少设备种类和台数,提高设备使用效率,实现高效、安全、人性化作业的现代化生产。
随着有色金属行业铝电解槽技术的快速发展,为保证预焙阳极铝电解现代化、高效化和智能化,要求铝电解多功能机组在功能上必须有很大的突破。
中国有色(沈阳)冶金机械有限公司从事铝电解多功能机组的生产已有20多年的历史,针对铝电解多功能机组在生产中存在的问题,从设计上进行了相应的改进。
1 铝电解多功能机组的组成及其主要技术参数111 铝电解多功能机组的组成铝电解多功能机组采用天车形式,在厂房两侧纵向轨道上运行。
该机组主要由大车、工具小车、出11有色设备 2009(5)铝小车、气动、液压系统和电控系统等部分组成(见图1)。
图1 铝电解多功能机组Fig.1 Aluminum electrolysis multifunctional unit112 铝电解多功能机组主要技术参数工作级别A7设备重量105t 总装机功率200kW 大车大车跨度25m 运行速度0~70m/min 运行减速器22kW @2,i =53118工具小车 运行速度0~30m/min 运行减速器5kW @2,i =44144工具旋转机构 旋转角度?180b 旋转速度~2r/min 操纵室 旋转角度190b 旋转速度2r/min 更换阳极装置 阳极最大拔出力75kN 扳手扭矩250~350N #m 打壳机构连杆式打壳机形式加料装置 料箱容积415m 3+2m 3 旋转角度?360b 清理铲 起升重量3t出铝小车 运行速度0~25m/min 运行减速器4kW @2,i =50115卷扬提升起重量20000kg @2升降速度419m/min 卷扬减速机a =630m m,i =63起升电机30kW,750m/min 空压机 压力018MPa 排风量1015m 3/min 储气罐016m 32 铝电解多功能机组主要部件结构及其改进211 大车21111 主梁与端梁的定位大车采用箱型偏轨双主梁桥架结构。
主要由主梁、端梁、联接梁、运行机构、走台、栏杆、电缆滑车等部件组成。
图2 大车桥架Fig.2 Bridge fram e of the cart主梁与端梁的联接原来采用两个铰制螺栓定位方式,存在加工、装配不便等问题。
现改为两个定位销定位和高强度螺栓联接方式(见图3),这种新式联接方式具有加工方便、主梁与端梁定位精度高、安装便利快捷等特点。
设计时应注意主梁座板、端梁板的位置度要求以及定位销装配的配合精度,应将主梁座板与端梁板成组加工,以保证主梁与端梁装配满足设计要求。
21112 机组的运行机构铝电解多功能机组大车运行机构为8轮支撑双边驱动(2/8驱动),工具小车采用4轮支撑,双边驱12有色设备 2009(5)动(2/4驱动),出铝小车采用2轮支撑,双边驱动(2/2驱动),采用轴装式三合一减速器,车轮采用无轮缘垂直轮加水平轮导向形式。
图3 主梁与端梁的定位方式Fig.3 Location mode of the ma in g irder and end girder(1)原来采用变频器调速,在控制程序上设置几个档位,各机构运行和工具动作时,仅限于几个挡位速度的选择,即实现操作手柄的档位控制,但是,所设置的各挡位速度在实际生产中不能满足各机构运行和工具动作准确性要求,需经过反复调整,由此增加了机组的作业时间,降低了机组的运行效率。
遂在变频器调速的基础上,改换新式操作手柄,变频器无级调速可以得到连续信号,调速范围大,保证了整机的运行平稳,提高了机组的使用效率。
(2)大车、工具小车、出铝小车各运行机构在一侧采用水平轮导向,目的是保证机组各运行机构沿轨道行驶而不至于脱轨滑落,酿成设备安全事故。
运行中曾出现水平轮脱落情况,由于设计结构上每侧采用两个滚动轴承与水平轮配合,当轴承损坏时水平轮滑落,如不及时处理,后果不堪设想。
为了保证机组运行的安全,重新改进了结构(见图4),用端盖托住水平轮,在水平轮两侧增设了20mm 防脱轨的安全卡装置,给机组设置了双重保险,以保障设备安全运转。
212 工具小车工具小车是电解多功能机组的核心,所有工作机构)))打壳、下料、更换阳极、清理铲、液压装置及操纵室均安装在工具小车上,工具小车的结构非常复杂。
21211 上部框架结构多年来一直沿用双牌坊架与下料箱组成的上部框架结构,两个牌坊架与回转装置上部支臂共同支撑工具回转装置,单侧设置工具小车检修平台,使小车上部的有效空间非常有限,不利于工具小车的维护保养作业;况且要在工具小车上增加氟化盐下料和清理铲装置,故必须对工具小车的上部结构进行重新布局。
图4 改进前后水平轮Fig.4 Horizontal w heel before and after improvem ent为设计合理的工具小车上部框架结构,将氧化铝料箱一侧重新调整,氧化铝料箱和氟化盐料箱做成一个整体料箱,并在其一侧设置安放清理铲装置的位置,同时将整体料箱作为工具回转装置上部支臂的一侧之支撑点,与原有牌坊架共同支撑工具回转装置(见图5)。
图5 改进前后工具小车上部框架结构Fig.5 Frame structure of upper tool trolleybefore and after im provement改进后的设计省去了一个牌坊架,开辟了两个工具作业功能的区域,使工具小车的上部框架结构得以重新布置,设置了/U 0字形小车检修平台;使工具小车各工具机构均有足够的巡查检修空间,便于重新布置气动、液压管路和电缆走向,以及集中维护13有色设备 2009(5)作业。
21212 打壳机构和更换阳极装置打壳、更换阳极装置是本机组的重要工具,二者以铰接形式分别安装在可旋转的摇篮式工具支架之两端。
工具支架安装在工具回转装置中大型单排交叉滚柱式回转轴承上。
由油马达驱动工具回转装置作?180b 回转,满足作业工位的要求。
2121211 打壳机构多年来电解多功能机组一直采用直立式打壳机构,受机械结构所限,打壳机头很难击打到电解槽中缝的覆盖料结壳,只适合小型电解槽使用。
随着电解槽型的不断大型化,更换阳极速度加快,生产率提高,直立式打壳机构已不能适应生产需要。
于是,连杆式结构的打壳机构应运而生。
连杆式打壳机构由伸缩油缸、打壳机、连杆等组成。
工作时,打击头靠油缸伸缩随连杆上下移动。
当打击头的锤头接触到电解槽的结壳时,将壳面打穿。
一般情况下,打壳机随小车回转装置边调整位置边打壳,这时只需伸缩油缸上下往复运动,壳面经锤头冲击即可打穿。
仅在壳面很硬时,小车方停下来连打。
对于300kA 以上的大型电解槽而言,本机构能打壳至电解槽中缝,完全可以满足不同槽型的生产需要,唯一缺陷是当遇电解槽壳面局部较硬、打不透时,由于需要打壳机频繁振打,与油缸头联接的下部连杆强度略显不足,出现变形。
遂增加了伸缩油缸径,由563增加到580,改进了连杆2结构,在连杆2下部增设两段补强板(见图6),使上述问题得到解决。
图6 改进后的打壳机Fig.6 Improved shel-l breaker2121212 阳极夹具阳极夹具用于阳极更换作业,一般为油缸横置,由油缸的伸缩控制夹子的开启,由弹簧控制夹子的闭合,其结构复杂。
所用拉伸弹簧通过活铰与两个夹子相连,弹簧始终处于拉伸状态,故弹簧易损坏,更换较困难;同时,由于两个夹子上方设置有水平支撑板,受夹子反复碰撞,极易产生变形,直接影响夹头架的使用性能。