基于底部氣囊的振動(dòng)成型機(jī)預(yù)加壓技術(shù)探討

舒 健

（寧夏能源鋁業(yè)青銅峽鋁業(yè)分公司，寧夏 銀川 750001）

決定碳?jí)K消耗周期的關(guān)鍵因素為其密度，為了更好滿足當(dāng)前生產(chǎn)工藝中對(duì)碳?jí)K消耗周期的現(xiàn)實(shí)需求，需要落實(shí)碳?jí)K密度的增加。此時(shí)，可以通過(guò)在碳?jí)K成型過(guò)程中展開(kāi)振動(dòng)，并施加預(yù)壓力實(shí)現(xiàn)?；诖耍獙?duì)現(xiàn)有的振動(dòng)成型機(jī)展開(kāi)改造升級(jí)。本文提出一種基于底部氣囊的振動(dòng)成型機(jī)技術(shù)改造方案，以此實(shí)現(xiàn)碳?jí)K顆粒之間空隙的進(jìn)一步縮小。

1 振動(dòng)成型機(jī)的原理分析

加壓振動(dòng)成型機(jī)主要由以下幾部分構(gòu)成：糊料輸送裝置、均溫涼料裝置、計(jì)量供料裝置、成型模具裝置、振動(dòng)成型裝置、恒壓加壓裝置、提升導(dǎo)向裝置、輔助機(jī)架裝置、入水冷卻輸送裝置、抽真空系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。實(shí)踐中，主要被應(yīng)用于較大、長(zhǎng)度較長(zhǎng)（截面為圓形或矩形）的石墨電極和碳素電極制品的生產(chǎn)。其運(yùn)行原理如下所示：在振動(dòng)平臺(tái)下方懸掛的旋轉(zhuǎn)軸上偏心振動(dòng)子支持下展開(kāi)振動(dòng)；運(yùn)行中，偏心振動(dòng)子帶動(dòng)平臺(tái)發(fā)生振動(dòng)，并促使平臺(tái)上方模具內(nèi)放置的物料產(chǎn)生振動(dòng)；聯(lián)合上部重錘，推動(dòng)物料完成重新排列，最終完成生產(chǎn)。依托振動(dòng)成型機(jī)，能夠更好消除物料內(nèi)部相互之間存在的摩擦力，提升石墨電極和碳素電極制品的生產(chǎn)效果[1]。

2 基于底部氣囊的振動(dòng)成型機(jī)預(yù)加壓設(shè)計(jì)

2.1 底部氣囊預(yù)加壓改造

2.1.1 總體設(shè)計(jì)

對(duì)于振動(dòng)成型機(jī)來(lái)說(shuō)，其運(yùn)行的環(huán)境條件惡劣程度較高，通常會(huì)在粉塵與高溫的情況下運(yùn)行。在振動(dòng)成型機(jī)處理的物料中，包含著溫度在165℃左右的瀝青，因此需要保證振動(dòng)成型機(jī)所有結(jié)構(gòu)對(duì)高溫的耐受性。在本次技術(shù)改造中，所需要的液壓動(dòng)力、氣源等均接駁于原本的設(shè)備之上。

本次振動(dòng)成型機(jī)技術(shù)改造的主要內(nèi)容如下：在原有的振動(dòng)成型機(jī)（型號(hào)：EU06 振動(dòng)成型機(jī)）的重錘上方位置，落實(shí)外罩體的加設(shè)。該外罩體的材質(zhì)為鋼材，結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，穿過(guò)重錘提升軸后，直接覆蓋在振動(dòng)成型機(jī)的重錘上方。在外罩體內(nèi)加設(shè)氣囊，將其設(shè)置于外罩體與重錘的中間部位。為了保證氣囊的穩(wěn)定性，主要在法蘭的支持下完成氣囊與外罩體之間的固定。重錘安置于端面的上方位置，其提升軸能夠與外罩體上方的端蓋導(dǎo)向蓋向配合，在沿著重錘提升的方向展開(kāi)位移。此時(shí)，外罩體所承受的力為氣囊預(yù)壓重錘的反向作用力，促使外罩體在重錘移動(dòng)的作用下，實(shí)現(xiàn)同方向的上升與下降。

此時(shí)，經(jīng)過(guò)本次技術(shù)改造后的振動(dòng)成型機(jī)中所包含的關(guān)鍵構(gòu)件主要有：重錘提升軸、內(nèi)錐套、氣囊上蓋、氣囊、重錘罩（外罩體）、氣囊下踏板、鎖緊油缸、壓模、重錘、下模腔。

對(duì)于在實(shí)際的生產(chǎn)中所使用的成型模具來(lái)說(shuō)，不同規(guī)格模具之間的差別主要集中于長(zhǎng)度與寬度方面，所有成型模具的高度均保持一致（均為1150mm ～1250mm）。因此，在確定外罩體下方的尺寸時(shí)，筆者主要參考成型模具的最大尺寸完成設(shè)計(jì)，并將不同規(guī)格成型模具的口部設(shè)置為相同的椎體導(dǎo)向尺寸，確保所有模具均能夠更好適應(yīng)同一尺寸的外罩體。

2.1.2 運(yùn)行流程

依托上述設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后的振動(dòng)成型機(jī)運(yùn)行流程如下所示：隨著重錘的上升與下降，外罩體進(jìn)行同方向運(yùn)動(dòng)，即振動(dòng)中，外罩體沿著重錘提升軸實(shí)現(xiàn)下降，在其與模體上方接觸并緊密貼合時(shí)停止繼續(xù)下降。同時(shí)，設(shè)置于外罩體兩側(cè)的油缸迅速切換至開(kāi)啟狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)外罩體與模具相互位置的固定（鎖緊），促使兩者構(gòu)成一個(gè)腔體結(jié)構(gòu)。隨后，氣囊展開(kāi)充氣操作，推動(dòng)重錘，使預(yù)加壓壓力作用于物料。在此過(guò)程中，外罩體內(nèi)部所產(chǎn)生的空氣由其上端得的出氣孔排出，促使物料顆粒之間的空隙進(jìn)一步降低。需要注意的是，①外罩體中設(shè)置的出氣孔與外部環(huán)境直接連接，整個(gè)排氣過(guò)程屬于常壓自然排氣[2]；②外罩體中設(shè)置的出氣孔與抽真空系統(tǒng)連接，整個(gè)排氣過(guò)程屬于負(fù)壓排氣。

2.1.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

理論上，在重錘重力的作用下，重力提升軸呈現(xiàn)出自然下垂的狀態(tài)，與水平面基本保持垂直狀態(tài)。而實(shí)際上，存在著重錘提升軸與外罩體提升軸導(dǎo)向套相互干涉的問(wèn)題，造成此現(xiàn)象的原因在于模具上下的平行誤差、振動(dòng)工作臺(tái)平面的水平程度發(fā)生改變、重錘提升軸導(dǎo)套與外罩體平面之間存在垂直誤差等等。此時(shí)，重錘提升軸與軸套之間出現(xiàn)局部磨損的概率明顯增高，導(dǎo)致氣囊容易發(fā)生漏氣，其更換以及檢修的頻率大幅增加，即后續(xù)維修養(yǎng)護(hù)的難度與工作量加大。為了解決這一問(wèn)題，在本次振動(dòng)成型機(jī)的技術(shù)改造中，主要對(duì)重錘提升軸導(dǎo)套展開(kāi)了優(yōu)化設(shè)計(jì)，將其上方的外圓調(diào)整為SR 球面，并加設(shè)內(nèi)球面壓蓋。依托這樣的設(shè)計(jì)，促使重錘提升軸與外罩體上端蓋在球面處維持在浮動(dòng)的狀態(tài)；當(dāng)重錘提升軸處于自然下垂?fàn)顟B(tài)時(shí)，其能夠與外罩體的上方蓋可以在一個(gè)較小的角度內(nèi)實(shí)現(xiàn)偏擺[3]。

基于此，在振動(dòng)成型機(jī)的運(yùn)行中，這樣的偏擺能夠?qū)τ捎诙喾N誤差所產(chǎn)生的影響進(jìn)行抵消。

2.1.4 技術(shù)改造設(shè)計(jì)方案對(duì)比與優(yōu)勢(shì)

為了實(shí)現(xiàn)預(yù)加壓，還需要在振動(dòng)平臺(tái)上方設(shè)置氣囊，依托氣囊充氣促使其上方的混合物料顆粒之間的空隙降低，即依托震動(dòng)平臺(tái)（含氣囊）與重錘之間的間距縮小推動(dòng)混合物料密度的增加。這樣的設(shè)計(jì)與在重錘上方設(shè)置氣囊（本設(shè)計(jì)方案）能夠達(dá)到相同的效果。但是，結(jié)合上文的分析可以了解到，在碳?jí)K生產(chǎn)中，其整體環(huán)境的溫度較高，且放置于振動(dòng)平臺(tái)上方的混合物料中包含165℃的瀝青。此時(shí)，若是直接將混合物料放置于氣囊上方，則極容易引發(fā)氣囊的燙傷、破裂、損壞。因此，使用這樣的方式展開(kāi)振動(dòng)成型機(jī)的技術(shù)改造時(shí)，必須要在氣囊表面設(shè)置抗高溫保護(hù)層。而這樣的操作勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致技術(shù)改造成本、難度大幅提升，同時(shí)，也增加了混合物料與振動(dòng)平臺(tái)之間的距離，致使振動(dòng)效果難以達(dá)到理想狀態(tài)。相比較來(lái)說(shuō)，使用在重錘上方設(shè)置氣囊的振動(dòng)成型機(jī)技術(shù)改造方式更容易操作，且改造難度、成本較低，可操作性強(qiáng)，可以保證振動(dòng)成型機(jī)原有的混合物料振動(dòng)效果，維護(hù)碳?jí)K實(shí)際生產(chǎn)質(zhì)量。

將經(jīng)過(guò)技術(shù)改造的振動(dòng)成型機(jī)（型號(hào)為GS600 振動(dòng)成型機(jī)）投入碳?jí)K的實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)比原有振動(dòng)成型機(jī)（未經(jīng)過(guò)技術(shù)改造）生產(chǎn)的碳?jí)K質(zhì)量，結(jié)果顯示：經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后生產(chǎn)出的碳?jí)K密度更高，且電阻率、孔隙率更低，具備更強(qiáng)的導(dǎo)電性能。同時(shí)，依托本文提出的改造方案所構(gòu)建起的振動(dòng)成型機(jī)，其后續(xù)維修養(yǎng)護(hù)工作量較低，故障發(fā)生率、改造與運(yùn)行成本更小，可以在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到高密度碳?jí)K生產(chǎn)的要求，生產(chǎn)振動(dòng)周期在40s ～50s 之間，因此有著更優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 振動(dòng)成型機(jī)底部氣囊預(yù)加壓技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

2.2.1 動(dòng)作順序的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的運(yùn)行順序?yàn)椋褐劐N與外罩體同時(shí)下降；外罩體與下模緊密貼合；油缸夾緊（鎖緊）；氣囊進(jìn)氣，壓力在0.15MPa（若此時(shí)發(fā)現(xiàn)重錘下降超過(guò)氣囊的最大行程時(shí)，控制氣囊進(jìn)氣自動(dòng)關(guān)閉）；振動(dòng)臺(tái)啟動(dòng)，并延遲30s 后，展開(kāi)氣囊的再次進(jìn)氣，壓力在0.25MPa；發(fā)出振動(dòng)完成信號(hào)，控制氣囊排除氣體；油缸松開(kāi)；重錘與外罩體同時(shí)上升，促使油缸提升，并展開(kāi)下一次循環(huán)。

2.2.2 氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在本次振動(dòng)成型機(jī)技術(shù)改造（氣囊預(yù)加壓改造）中，僅對(duì)重錘展開(kāi)了預(yù)加壓。若需要在此基礎(chǔ)上引入抽真空系統(tǒng)，則必須要單獨(dú)進(jìn)行密封。對(duì)于在本次改造中使用的氣囊來(lái)說(shuō)，使用了兩級(jí)進(jìn)氣的方式，具體有：在低壓狀態(tài)下（即0.15MPa），氣囊下部與重錘的上部始終穩(wěn)定在緊密貼合的狀態(tài)；在工作狀態(tài)下（即0.25MPa），氣囊會(huì)落實(shí)對(duì)重錘的施力。此時(shí)，氣動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)有：氣源壓力穩(wěn)定在0.35MPa、氣囊的最大行程控制在395ms、氣囊可耐受的最高溫度為180℃、系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在16MPa。

3 總結(jié)

綜上所述，為了更好滿足當(dāng)前生產(chǎn)工藝中對(duì)碳?jí)K消耗周期的現(xiàn)實(shí)需求，要對(duì)現(xiàn)有的振動(dòng)成型機(jī)展開(kāi)改造升級(jí)。相比于在振動(dòng)平臺(tái)上方設(shè)置氣囊的方案來(lái)說(shuō)，將氣囊設(shè)置于重錘上方的預(yù)壓力效果更優(yōu)、技術(shù)改造成本與難度更低，結(jié)合外罩體的加設(shè)，保證了振動(dòng)成型機(jī)的工作效率，并明顯推動(dòng)了碳?jí)K密度的增加。