陽極板自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

李田玉，曾芳成

（1.黑龍江紫金銅業(yè)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161041；2.江西瑞林裝備有限公司，南昌 330032）

在銅冶煉中，通常在熔煉車間用圓盤澆鑄機(jī)將高溫液態(tài)銅澆鑄成銅陽極板后，由叉車從圓盤澆鑄機(jī)輸出端取板，送至熔煉車間外圍附近的陽極板堆場(chǎng)堆存。當(dāng)電解車間的陽極整形機(jī)組工作時(shí)，再由叉車從陽極板堆場(chǎng)取板，送至陽極整形機(jī)組進(jìn)行加工等相關(guān)處理。這種叉車轉(zhuǎn)運(yùn)的方式，廣泛應(yīng)用于場(chǎng)（廠）內(nèi)成件貨物和散裝物料的裝卸、堆垛和短途運(yùn)輸[1]。隨著人力成本的增加和機(jī)械化作業(yè)水平的發(fā)展，叉車轉(zhuǎn)運(yùn)的弊端也越來越明顯：生產(chǎn)線自動(dòng)化程度低，人工成本高，同時(shí)叉車在車間內(nèi)外來回穿梭，叉車事故時(shí)有發(fā)生，安全隱患大。

筆者針對(duì)現(xiàn)有銅冶煉生產(chǎn)線自動(dòng)化程度低等問題，以黑龍江紫金銅業(yè)有限公司銅冶煉項(xiàng)目為背景，提供一種實(shí)現(xiàn)陽極板澆鑄設(shè)備與電解加工設(shè)備自動(dòng)化轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)配置。該配置取代了傳統(tǒng)的叉車轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)，自動(dòng)化程度高，作業(yè)效率高，成本低，穩(wěn)定性好。

1 總體配置

黑龍江紫金銅業(yè)有限公司銅冶煉項(xiàng)目的總體配置如圖1所示，熔煉車間整體位于電解車間東側(cè)；圓盤澆鑄機(jī)位于熔煉車間，其輸出端朝南設(shè)置；而陽極整形機(jī)組位于電解車間，其輸入端朝東設(shè)置。也就是說，圓盤澆鑄機(jī)極板輸出方向與電解車間陽極整形機(jī)組極板輸入方向垂直。同時(shí)，圓盤澆鑄機(jī)中心線與陽極整形機(jī)組輸入位水平距離約70 m，熔煉車間與電解車間中間設(shè)有6 m寬的消防通道。

陽極板自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)連接圓盤澆鑄機(jī)及陽極整形機(jī)組，組成部件如下：第一轉(zhuǎn)運(yùn)車1、回轉(zhuǎn)臺(tái)2、第二轉(zhuǎn)運(yùn)車3、第一輸送機(jī)4、第三轉(zhuǎn)運(yùn)車5、第二輸送機(jī)6及第四轉(zhuǎn)運(yùn)車7。

2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)形式來看，陽極板自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)主要分為三類部件，分別為輸送機(jī)、轉(zhuǎn)運(yùn)車及回轉(zhuǎn)臺(tái)。每類結(jié)構(gòu)部件的結(jié)構(gòu)基本相同，僅在個(gè)別尺寸，如輸送機(jī)長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)運(yùn)車軌道中心距等有所區(qū)別。以下分別對(duì)各部件進(jìn)行介紹。

2.1 輸送機(jī)

輸送機(jī)主要用以陽極板的連續(xù)輸送及存儲(chǔ)。存儲(chǔ)的陽極板通過兩側(cè)掛耳自然懸掛在兩側(cè)鏈條上，輸送及前行方向與陽極板面垂直，以一定數(shù)量（數(shù)量可調(diào)）的陽極板為一垛，每個(gè)極板垛內(nèi)部的極板密集排列，極板垛與極板垛之間相隔一定距離，以便轉(zhuǎn)運(yùn)車取放板。

輸送機(jī)為鏈運(yùn)機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖2所示，主要包含機(jī)架、輸送鏈條、首尾輪、張緊輪及驅(qū)動(dòng)裝置。

圖1 陽極板自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)配置

圖2 輸送機(jī)示意圖

當(dāng)輸送機(jī)長(zhǎng)度較短時(shí)，輸送機(jī)整體為單個(gè)鏈運(yùn)機(jī)；當(dāng)輸送機(jī)長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，鏈條及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)負(fù)荷較大，輸送機(jī)可以分解為多個(gè)鏈運(yùn)機(jī)，也即采用多條鏈運(yùn)機(jī)串聯(lián)而成，前后相鄰的鏈運(yùn)機(jī)，鏈條在寬度方向相互錯(cuò)開，由同軸的鏈輪帶動(dòng)各鏈條同速前進(jìn)，從而完成陽極板的接力前行，如圖3所示。

圖3 鏈運(yùn)機(jī)串聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 轉(zhuǎn)運(yùn)車

轉(zhuǎn)運(yùn)車，主要用以陽極板在不同輸送機(jī)之間的間歇轉(zhuǎn)運(yùn)，通過小車的升降和行走動(dòng)作，一次可以從前一輸送機(jī)頭部中取出一垛密集排布的陽極板，升起后行走至后一輸送機(jī)尾部下降卸料。轉(zhuǎn)運(yùn)車主要用以在諸如消防通道等不便于設(shè)置連續(xù)的輸送機(jī)或長(zhǎng)時(shí)間占用空間處。此情況下，可以將輸送機(jī)斷開，并在斷開處設(shè)置轉(zhuǎn)運(yùn)車完成輸送機(jī)之間的極板轉(zhuǎn)運(yùn)，從而較好地解決輸送機(jī)連續(xù)占用空間的問題。

轉(zhuǎn)運(yùn)車為軌道小車結(jié)構(gòu)，主要包含行車軌道、車架、行走機(jī)構(gòu)及升降機(jī)構(gòu)。典型的轉(zhuǎn)運(yùn)車結(jié)構(gòu)如圖4所示。車架為型鋼焊接結(jié)構(gòu)，主要用于承載及各結(jié)構(gòu)之間的連接。行走機(jī)構(gòu)主要包含行走減速電機(jī)及車輪，用以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)車的行走。升降機(jī)構(gòu)采用卷揚(yáng)結(jié)構(gòu)（升降行程短時(shí)建議采用其他形式的升降結(jié)構(gòu)），四點(diǎn)同時(shí)提升物料，主要包含升降減速電機(jī)、卷揚(yáng)、鋼絲繩、滑輪、升降平臺(tái)及升降導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等，用以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)車與其他設(shè)備的取放板功能。升降平臺(tái)內(nèi)對(duì)稱設(shè)置L型掛鉤，用于吊掛極板兩側(cè)掛耳，在L型掛鉤內(nèi)側(cè)設(shè)置一定角度的斜板，以使升降平臺(tái)提取陽極板時(shí)，使陽極板因重力作用在斜板上自然下滑，實(shí)現(xiàn)陽極板自動(dòng)對(duì)中。升降導(dǎo)向機(jī)構(gòu)則可以防止轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)的側(cè)向偏擺。

轉(zhuǎn)運(yùn)車的供電是關(guān)鍵，從設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和減少空間占用的角度出發(fā)，筆者建議：當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)車行走距離較長(zhǎng)時(shí)，采取車載電纜卷筒形式供電，該方式供電可靠且成本低，若軌道處需要有叉車通過或需進(jìn)行其他人工作業(yè)，可將軌道小車開到電纜固定端附近，電纜收卷于電纜卷筒，不影響人工作業(yè)；當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)車行走距離較短時(shí)，可以考慮采用拖鏈形式供電。

圖4 轉(zhuǎn)運(yùn)車示意圖

2.3 回轉(zhuǎn)臺(tái)

回轉(zhuǎn)臺(tái)，主要用以陽極板輸送過程中的換向。轉(zhuǎn)運(yùn)車在將一垛極板放置在回轉(zhuǎn)臺(tái)后，回轉(zhuǎn)臺(tái)攜極板轉(zhuǎn)動(dòng)90°（或其他角度），等待下一轉(zhuǎn)運(yùn)車將極板取走。

回轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖5所示，包含底部支架、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及上部平臺(tái)，底部支架與上部平臺(tái)的相互旋轉(zhuǎn)通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)支承、減速電機(jī)及小齒輪。上部平臺(tái)上方對(duì)稱設(shè)置的一字型支撐板，用于承載陽極板兩側(cè)掛耳。

圖5 回轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

3 設(shè)備運(yùn)行描述

本文所述的陽極板轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)配置，各部件動(dòng)作描述如下：

（1）當(dāng)圓盤澆鑄機(jī)某一側(cè)的輸出端一次頂起一垛陽極板之后，對(duì)應(yīng)側(cè)的第一轉(zhuǎn)運(yùn)車1從等待位后退到圓盤輸出端取板位，整體提起陽極垛，再前進(jìn)到對(duì)應(yīng)側(cè)的回轉(zhuǎn)臺(tái)2處，將陽極垛卸至回轉(zhuǎn)臺(tái)2上，第一轉(zhuǎn)運(yùn)車1返回等待位，等待下一次工作。

（2）回轉(zhuǎn)臺(tái)2旋轉(zhuǎn)，將陽極垛的方向旋轉(zhuǎn)90°（待回轉(zhuǎn)臺(tái)2上的陽極垛取走后再反向旋轉(zhuǎn)90°回位，等待一下次工作）。第二轉(zhuǎn)運(yùn)車3從第一輸送機(jī)4尾部放板位后退至對(duì)應(yīng)的回轉(zhuǎn)臺(tái)2處，提起陽極垛，再前進(jìn)至第一輸送機(jī)4尾部放板位，卸下陽極垛后，等待下一次工作。

（3）第一輸送機(jī)4檢測(cè)到尾部放板位有陽極板而頭部取板位無陽極板時(shí)，輸送機(jī)往前輸送一個(gè)工位；當(dāng)檢測(cè)到第一輸送機(jī)4頭部取板位有物料時(shí)，第三轉(zhuǎn)運(yùn)車5從第二輸送機(jī)6尾部等待位后退至第一輸送機(jī)4頭部取板位，提起陽極垛，再前進(jìn)至第二輸送機(jī)6尾部放板位，卸下陽極垛后，等待下一次工作；第二輸送機(jī)6檢測(cè)到尾部放板位有陽極板而頭部取板位無陽極板時(shí)，輸送機(jī)往前輸送一個(gè)工位。

（4）當(dāng)檢測(cè)到第二輸送機(jī)6頭部取板位有物料時(shí)，第四轉(zhuǎn)運(yùn)車7從陽極整形機(jī)組輸入端放板位后退至第二輸送機(jī)6頭部取板位，提起陽極垛，再前進(jìn)至陽極整形機(jī)組輸入端放板位，卸下陽極垛后，等待下一次工作。至此，陽極垛已由圓盤澆鑄機(jī)輸出端轉(zhuǎn)運(yùn)至陽極整形機(jī)組輸入端，設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)工作完成。

4 設(shè)備特點(diǎn)分析

陽極板自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)。

一是第一輸送機(jī)和第二輸送機(jī)的儲(chǔ)板能力綜合約為800塊，足以存儲(chǔ)雙圓盤澆鑄機(jī)一整天的極板澆鑄量。由于圓盤澆鑄機(jī)為24 h連續(xù)作業(yè)，陽極整形機(jī)組通常每天只有一個(gè)白班作業(yè)，因此系統(tǒng)可以存儲(chǔ)圓盤澆鑄機(jī)一天的出板量，這意味著圓盤澆鑄機(jī)可以將極板連續(xù)輸出并存儲(chǔ)在輸送系統(tǒng)上，再在白班時(shí)由陽極整形機(jī)組完全消耗掉，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的進(jìn)料與出料的平衡。

二是各轉(zhuǎn)運(yùn)車軌道放置于地面時(shí)，其軌道上表面與地面平齊（或略高于地面），同時(shí)因采用電纜卷筒的供電形式，當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)車行至一側(cè)，電纜卷筒收起時(shí)，軌道周圍無電纜，不影響車輛在軌道處橫穿及其他人工作業(yè)。三是在設(shè)置陽極板自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)后，當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，只需將轉(zhuǎn)運(yùn)小車行駛（或由人力推動(dòng)）至另一側(cè)，仍然可以使用叉車從圓盤輸出端取板作業(yè)，以及用叉車從第二輸送機(jī)6頭部進(jìn)行上料作業(yè)。換言之，陽極板自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，不損失傳統(tǒng)的叉車作業(yè)功能，可用于系統(tǒng)故障時(shí)的應(yīng)急作業(yè)。

四是第二轉(zhuǎn)運(yùn)車和第三轉(zhuǎn)運(yùn)車結(jié)構(gòu)完全相同，軌道從熔煉車間行駛至電解車間完全貫通，二者在電纜允許范圍內(nèi)可貫穿行走，當(dāng)?shù)谝惠斔蜋C(jī)4或第二輸送機(jī)6鏈條故障時(shí)，可由轉(zhuǎn)運(yùn)車先將儲(chǔ)輸送機(jī)上的陽極垛逐步取走后，更換鏈條，無需另外增加起吊設(shè)備。五是各輸送機(jī)以及各轉(zhuǎn)運(yùn)車結(jié)構(gòu)相似度高，備件互換性好，可有效降低備件成本，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

陽極板自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的叉車轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)，提高了設(shè)備的機(jī)械化及自動(dòng)化程度，減少了叉車作業(yè)，降低了人工成本及安全隱患。同時(shí)，系統(tǒng)又保留了意外情況下的傳統(tǒng)叉車作業(yè)功能，作為系統(tǒng)故障時(shí)的應(yīng)急補(bǔ)償手段，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性。此外，本文中的陽極板自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)雖是專門針對(duì)黑龍江紫金銅業(yè)的總圖配置進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但并非局限于此種工況下的應(yīng)用。無論圓盤澆鑄機(jī)和陽極整形機(jī)組的相對(duì)位置及方位如何，均可通過輸送機(jī)、轉(zhuǎn)運(yùn)車及回轉(zhuǎn)臺(tái)的有機(jī)組合和衍變來配置，實(shí)現(xiàn)陽極板的自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。