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铝电解槽气动打壳机的研制 何定源， 石峰 （北京矿冶研究总院， 北京 “ “ “ ） 摘要在地爬式打壳机的基础上， 设计铝电解槽全机械化气动打壳机。进行机头、 机械臂、 回转操纵装置、 前轮组、 后轮组、 气路系统等机构的设计计算。机械臂伸缩行程 “ ， 举升角 文章编号 （ ） ’ “ 4 在电解铝生产中， 自焙电解槽中的表面凝壳， 妨 碍下料和熄灭阳极效应， 打壳作业是电解车间的重 要生产工序。打壳作业由人力与地爬式打壳机共同 完成， 地爬式打壳机打电解槽的大面， 电解槽的小头 壳面只能由人工来打。由于电解槽的温度高达 4 ， 人力打壳不仅劳动强度大， 而且对操作者的健 康有不利影响， 因此， 迫切需要实现全机械化打壳。 总体方案 以现有地爬式打壳机为基础， 以能够打到电解 槽的所有壳面为目标进行设计。要求具有机动灵 活， 操作维修方便， 轻便实用的特点。以压缩空气为 动力源， 采用气压传动技术。 气动打壳机的总图如图所示。 机头； 机械臂；’ 起落缸； 前轮组；“ 机身装置；4 车架子；3 打击脚踏阀； 伸缩起落阀； 操纵装置； 控制阀； 行走换向阀； 给油器； ’ 后轮组； 活塞发动机； “ / . , 7 A A 7 B C D E C F G . D 7 E - H I J A A K L , 7 0 , 收稿日期 9 - 由于在打小头时机头处于阳极框套和铝母线之 间， 该处磁场强度较大， 因此机头气缸缸体采用防磁 材料加气缸耐磨衬套， 既减少了电磁吸力又保持了 耐磨性。打壳机工作环境温度高、 粉尘多， 密封容易 损坏， 因此在缸头部分采用易于更换的防尘垫和半 圆形机头铜套。 “ 机头冲击功 机头冲击功即机头活塞在压缩空气作用下产生 的动能， 根据活塞在气缸中的运动分析， 考虑摩擦力 和沿程损失， 计算出冲击功为 * 6 0 ’ ［］ 。 , 打壳机的机械臂 机械臂的作用是调整机头工作位置， 包括伸缩、 起落和机头摆动， 结构如图所示。伸缩时由内套 筒的伸缩气缸驱动， 行程可达 3 5 4 8 4 8 机械臂抬起来移动去打击下一个壳面， 主要靠 伸缩起落缸的作用。伸缩起落缸举升角度不小于 。经过类比计算 ［］ ， 打壳机伸缩起落缸支撑位置 与固定缸铰接位置距离为, 。 打壳机机身回转操纵装置 机身回转操纵装置的作用是， 在车身行驶方向 不变的情况下， 通过机身回转约“ ， 带动机械臂和 机头处于与车身垂直的打壳位置， 以减少打壳时的 车位调整时间， 减轻操作难度， 提高作业效率。机身 回转机构传动简图见图。 在工作中需用机头划弧时， 可转动机身回转手 轮 （） ， 带动一级减速主动齿轮 （,） 与一级减速从动 齿轮 （） 啮合， 然后经同轴的二级减速主动齿轮 （） ， 啮合安装在机身上的二级减速从动齿轮 （ 6 9 8 A . A / B 4 8 5 6 . A 4 C . 2 4 式中 一级减速主动齿轮齿数， ；一级减 速从动齿轮齿数， , ；二级减速主动齿轮齿数， ；二级减速从动齿轮齿数，, 。 则“ 0 。 机身支承滚子滚动阻力矩 “ 6 , 2 ; 前轮组采用梯形转向机构， 通过选择合适的梯 形参数， 满足转向要求。前轮组用中点与车架连接， 后轮组用两点与车架连接， 使打壳机的底盘形成 点支承， 防止打壳机的主动轮跑空， 也有利于打壳时 的机身稳定。 （*） 最小转弯半径计算。转弯半径示意图见图 图“转轮半径示意图 0 1 2 “ / 3 4 5 6 7 8 1 4 A 1 7 2 7 ; 6 3 4; 8 - 2 3 A 8 3 5 B 3 8 打击脚踏阀用来控制机头的进、 排气通路。当 踩下打击脚踏阀踏板时， 机头上腔进气， 下腔排气， 使机头中锤头向下运动打击壳面， 由于机头下腔的 快排阀可以让下腔的气体直接快速排入大气， 不必 经过较长的管路， 下腔背压很小， 所以锤头可高效、 快速地向下运动， 更有力地打击壳面。当松开脚踏 板时， 气阀阀芯在弹簧力的作用下切换气路， 使机头 下腔进气， 上腔排气， 则锤头向上运动， 回到初始位 置， 为下一次打击做好准备。根据壳面情况通过切 换速度和停顿时间控制锤头的打击频率和打击力。 伸缩起落阀用来控制机械臂的伸缩和起落， 伸 缩起落阀是由伸缩作用的转阀和起落作用的滑阀复 合而成， 由一个操纵手柄完成两个动作的操纵。操 纵手柄向前推， 机械臂伸缩气缸前腔进气带动机头 向前伸出； 向后拉， 机械臂伸缩气缸后腔进气带动机 头向后缩回。操纵手柄向上提， 起落气缸下腔进气， 活塞伸出推动机械臂向上摆动， 升高机头位置； 向下 压， 起落气缸下腔排气， 气缸活塞在机械臂重力作用 下缩回， 机械臂向下摆动， 降低机头位置。 控制阀用来控制打击回路的供气， 有节能和安 全保护作用。 行走换向阀用来控制活塞发动机的转动和停 止， 当该阀在中位时， 切断压缩空气， 活塞发动机无 压缩空气进入， 处于停止状态， 当该阀转到一个工作 位置时， 活塞发动机一腔进气， 另一腔排气， 活塞发 动机朝一个方向旋转； 当该阀转到另一个工作位置 时， 活塞发动机进排气反向， 活塞发动机朝反方向旋 转。另外， 通过调整该阀手柄转动角度可调节进气 量， 使活塞发动机转速得到调节， 实现行走换向和调 速作用。 活塞发动机将空气的压缩能量转变为机械旋转 能量输出， 为行走机构提供原动力。 参考文献 ［］张洪欣/汽车设计 ［C］ /北京 机械工业出版社， * * ［］王望予/汽车设计 ［C］ /北京 机械工业出版社， ［ 6 ） , 1 / 2 , . / 5 ’ 9 4 , / 0 4 4 - 7 4 9 7 / - , , 6 - 9 * 4 1 2 7 4 4 . 7 ,/ 0’ 4 3 3 8 ’ / 7 4 D C4 E C , 1 6 5 - - 3 2 31 / * - , E E ; H 2 - . , 1 - , 9 5 * 4 A 3／3 - ，4 6 7 - 3 9 4 9 7 4 8 9 - 7 - 5 - , A I，4 5 ’ 3 - - 3 2 35 2 - . 4 - 2 , - , E E 3 6 - 6 2 3 . 4 5 - / 4 . 7 - , E J C , 2 0 0 - 6 5 ’ N 2 - 3 5 , / 0 4 7 2 3 - 2 36 7 7 4 2 5 / 3 4 5 - 6 4 7 7 , ’ 7 7 3 / 7 8 . / 2 1；1 2 3 4 5 - 6 , , 5 3 （上接第B 页 O / 5 - 2 0 / 31 P B ） 附时相似， 由外向内含量逐渐降低， 同时存在微小波 动。因为Q含量低于R M LS能检测到的浓度极限， 因此无法通过线分析的形式表现出来。 6 ） , 1 / 2 , . ’ , 1 4 4 5 - / / 0Q V O 7 D0 / 36 2 - O 7* - 5 ’3 / 7 6 2 7 4 , - , - , - , 5 - . 4 5 , , 5 3 - 6 4 7 7 ’ , 2 7 5 , , ’ / *5 ’ 4 5 5 ’ 3 / 7 6 2 7 4 , - - , 4 6 5 - 4 5 4 5 5 ’ 5 3 1 4 5 2 9 5 * D T4 A T ’ - , 5 - 9 2 5 - / / 0 4 8 , / 9 4 5 - , , 3 3 5 - 6 4 7 4 9 / 2 5 5 ’ 6 5 / 03 / 7 6 2 7 4 , - 1 4 5 - 6 7 ，3 / / ，5 ’ 4 3 / 2 5 / 09 / 5 ’ - 4 Q 8 6 4 , , . 4 2 4 7 7 - * 4 7 ，4 5 ’ 4 , / 1 5 - / 4 5 6 4 9 4 6 6 7 4 5 . 9 2 7 5 4 , / - 6 , 5 - - . ’ ’ - . ’ 5 ’ , 8 / 1 5 - / 5 3 1 4 5 2 ，5 ’ 3 / 6 / 3 1 7 5 5 ’ 4 , / 9 4 5 , / 9 ，4 5 ’ . 4 5 . 6 / , 2 3 ’ , / 1 5 - / 5 3 1 4 5 2 , ’ / 2 7 / 5 9 ’ - . ’ 5 ’ 4 D T- 6 / 3 1 ’ , - 6 / , - 4 5 - / 3 “ 45 2 /3 / 7 6 2 7 4 , - ；4 , / 1 5 - / ； , / 1 5 - / ； - O 7 ；Q V O 7D BK 第D期何定源等 铝电解槽气动打壳机的研制 万方数据