電解鋁陽(yáng)極保溫覆蓋料震蕩輸送撒布機(jī)的設(shè)計(jì)與研究

（石河子安南經(jīng)濟(jì)建設(shè)投資有限公司，石河子市，832000） 齊 琪

（石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，石河子市，832000） 趙永滿

（天山鋁業(yè)有限公司，石河子市，832000） 譚震軍 祁文良

鋁作為重要的基礎(chǔ)工業(yè)原材料，電解鋁作為高能耗行業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)非常重要的地位[1]。國(guó)外在電解鋁陽(yáng)極保溫覆蓋料添加方面的技術(shù)較為成熟，自動(dòng)化程度高，但是國(guó)外這種保溫覆蓋料添加方式對(duì)氧化鋁破碎的粒度及均勻性要求太高。國(guó)內(nèi)企業(yè)電解鋁陽(yáng)極保溫覆蓋料的添加主要以人工為主，這一作業(yè)過(guò)程中，工作條件惡劣，會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染，極大的影響工人的身心健康[2]。

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有相關(guān)電解鋁陽(yáng)極保溫覆蓋料機(jī)械化添加裝備以及由于新疆電解鋁企業(yè)普遍以人工操作作業(yè)模式致使作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度高、工作效率低、環(huán)境污染重、健康危害大等問(wèn)題，本文提出一種適應(yīng)國(guó)內(nèi)電解鋁行業(yè)、機(jī)械化程度高的電解鋁陽(yáng)極保溫覆蓋料震蕩輸送撒布機(jī)。

1 工作原理

圖1 震蕩輸送撒布機(jī)示意圖

本機(jī)主要由載重汽車(chē)、攪龍、震蕩給料器、輸送機(jī)等四大部分組成（如圖1所示）。載重汽車(chē)主要工作部件由常見(jiàn)的汽車(chē)改裝而成，其選擇的型號(hào)將決定保溫覆蓋料的載重量，用載重汽車(chē)作為覆蓋料載重容器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且運(yùn)用靈活，可適應(yīng)不同的工作條件；攪龍能夠?qū)Ρ馗采w料起到輸送的作用，且在載重汽車(chē)上安裝方便，傳動(dòng)設(shè)計(jì)也較為簡(jiǎn)單，最重要的是能夠?qū)Υ箢w粒的覆蓋料進(jìn)行攪碎作用，大大降低了電解鋁保溫覆蓋料機(jī)器的操作難度；震蕩給料器安置在出料口，可以防止出口堵塞，加快下料速度[3]；輸送機(jī)在非工作狀態(tài)下可通過(guò)機(jī)械折疊收起。

該機(jī)的工作過(guò)程是：工作時(shí)，將裝有電解質(zhì)覆蓋料的機(jī)器?？恐陵?yáng)極托盤(pán)附近，攪龍先工作，具有攪碎和物料進(jìn)給的作用，同時(shí)開(kāi)啟震蕩給料器，防止出料口堵塞，并加快下料速度，使物料進(jìn)入輸送機(jī)內(nèi)，物料在帶式輸送機(jī)的作用下均勻散布在陽(yáng)極碳?jí)K上，完成電解鋁保溫覆蓋料添加作業(yè)的整個(gè)過(guò)程。

2 設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.1 添加輸送裝置相關(guān)設(shè)計(jì)

物料在螺旋添加輸送裝置中的運(yùn)動(dòng)，不隨螺旋體轉(zhuǎn)動(dòng)，而只在旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片推動(dòng)下沿螺旋方向移動(dòng)[4]。物料顆粒在輸送過(guò)程中，物料的運(yùn)動(dòng)由于受旋轉(zhuǎn)螺旋的影響，物料的運(yùn)動(dòng)并非是單純的沿軸線作直線運(yùn)動(dòng)，而是在直線復(fù)合運(yùn)動(dòng)中沿螺旋軸運(yùn)動(dòng)，是一個(gè)立體運(yùn)動(dòng)。

物料顆粒的軸向速度計(jì)算公式：

從上式可以看出，在一定的轉(zhuǎn)速下螺距s 在某一范圍內(nèi)物料可以得到較好的軸向輸送速度，螺距過(guò)大或者過(guò)小，都會(huì)影響物料的軸向速度，輸送裝置如圖2。根據(jù)新疆某公司要求，需水平輸送電解鋁覆蓋料，輸送量為20t/h，輸送距離為2m，螺旋添加輸送裝置直徑為0.2m，螺距s 為0.18m，螺旋轉(zhuǎn)速為85r/min。

圖2 輸送裝置

2.2 料倉(cāng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.2.1 料倉(cāng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

如圖3 所示，設(shè)計(jì)料倉(cāng)為斗式料倉(cāng)，長(zhǎng)4m，寬1.87m，高1m。從上部接收電解鋁覆蓋料，底部設(shè)有下料口，由螺栓螺母與輸送裝置相連，進(jìn)行添加輸送過(guò)程。計(jì)算料倉(cāng)的體積：

圖3 料倉(cāng)結(jié)構(gòu)圖

由上可知，料倉(cāng)的裝料容積是10.37m3，輸送效率設(shè)計(jì)需求為20t/h，則料倉(cāng)一次添料，可以連續(xù)作業(yè)半小時(shí)。

2.2.2 料倉(cāng)下料緩沖板的設(shè)計(jì)計(jì)算

圖4 下料緩沖板結(jié)構(gòu)圖

如圖4 所示，在料倉(cāng)內(nèi)部，設(shè)計(jì)一塊下料緩沖板，遮蓋住下料口，當(dāng)載重汽車(chē)填充物料進(jìn)入料倉(cāng)的時(shí)候，可以避免覆蓋料從料倉(cāng)口直接對(duì)螺旋輸送裝置進(jìn)行沖擊，同時(shí)也能避免緩慢下料的時(shí)候，覆蓋料受重力作用，對(duì)螺旋輸送裝置的靜壓力。設(shè)置上圖的下料緩沖板，可以有效分散螺旋輸送裝置垂直方向所受到的來(lái)自覆蓋料的壓力。

2.3 進(jìn)出料口尺寸的計(jì)算

螺旋添加輸送裝置進(jìn)料口、出料口根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)設(shè)。因?yàn)檩斔土繛?0t/h，物料容重為1.0t/m3，輸送量轉(zhuǎn)換為20m3/h；物料的軸向輸送速度ν為：

式中：l——螺距，m；n——螺旋轉(zhuǎn)速，r/min。則截面積為：

2.4 螺旋機(jī)殼內(nèi)徑的選擇

機(jī)殼是由3～8mm厚的薄鋼板制成。機(jī)殼的內(nèi)直徑要稍大于螺旋直徑，使兩者之間有一間隙。螺旋和機(jī)殼制造、裝配愈精確間隙可愈小。這對(duì)減少磨損和動(dòng)力消耗非常重要，一般間隙為5.0～15mm。

2.5 傳動(dòng)功率的確定

查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，可知計(jì)算所需螺旋添加輸送裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)的功率的公式：

式中：Q--輸送量；λ--阻力系數(shù)，本文取3；L--螺旋添加輸送裝置長(zhǎng)度；D--螺旋添加輸送裝置直徑；H--傾斜布置時(shí)的垂直高度，本文為0。

3 結(jié)論

設(shè)計(jì)的電解鋁陽(yáng)極保溫覆蓋料震蕩輸送撒布機(jī)設(shè)計(jì)新穎，技術(shù)先進(jìn)，以載重汽車(chē)為覆蓋料載重容器，通過(guò)攪龍裝置對(duì)保溫覆蓋料進(jìn)行輸送和攪碎，震蕩給料器的應(yīng)用可使覆蓋料在出料過(guò)程中加快下料速度，不易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。通過(guò)螺旋輸送裝置實(shí)現(xiàn)覆蓋料的輸送，提升了輸送質(zhì)量，降低了電解鋁保溫覆蓋料機(jī)器的操作難度，大大降低人工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)率，整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，在非工作狀態(tài)下還可通過(guò)機(jī)械折疊收起，方便實(shí)用。