陰極板移載小車結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理設(shè)計(jì)

鐘國(guó)偉,劉寶松,王 勇,石 峰,姜 勇

(1.新疆紫金有色金屬有限公司,新疆 烏恰 845450;2.呼倫貝爾馳宏礦業(yè)有限公司,內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000;3.云南馳宏鋅鍺股份公司會(huì)澤冶煉分公司,云南 654211;4.礦冶科技集團(tuán)有限公司,北京 100160)

大極板是電鋅生產(chǎn)的發(fā)展方向,具有占地面積小、自動(dòng)化水平高、操作環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)[1-4]。目前大極板剝鋅設(shè)備布置方式主要有廠房中央布置和廠房偏跨布置。廠房偏跨布置方式可以使剝鋅機(jī)主體設(shè)備布置在主廠房側(cè)面的偏跨廠房?jī)?nèi),這樣一方面可以減少主跨廠房?jī)?nèi)酸霧對(duì)剝鋅機(jī)及設(shè)備操作人員的不良影響,另一方面可以降低陰極板行車取放陰極板過程對(duì)剝鋅機(jī)作業(yè)效率的不良影響,提高剝鋅機(jī)組的作業(yè)效率。在剝鋅設(shè)備廠房偏跨布置方案中,從廠房主跨到廠房偏跨距離較遠(yuǎn),如何高效地將陰極板從廠房主跨運(yùn)輸?shù)綇S房偏跨,是實(shí)現(xiàn)偏跨剝鋅方案需要解決的關(guān)鍵問題。

1 陰極板移載小車的作用

在廠房偏跨布置剝鋅方案中,剝鋅設(shè)備總體布置圖如圖1 所示。

圖1 廠房偏跨剝鋅設(shè)備總體布置圖

圖中右半部分廠房為電解車間主跨廠房,電解槽和陰極板行車設(shè)置在主跨廠房?jī)?nèi);圖中左半部分廠房為電解車間偏跨廠房,包括左側(cè)和右側(cè)兩列電解槽;剝鋅機(jī)的主體部分設(shè)置在偏跨廠房?jī)?nèi),僅有放板架設(shè)置在主跨廠房?jī)?nèi)。由于主跨放板架上陰極板到偏跨剝鋅設(shè)備的距離有幾十米,如采用鏈條傳輸陰極板,鏈條長(zhǎng)度較大,鏈條磨損累計(jì)長(zhǎng)度誤差會(huì)比較大,影響鏈條上陰極板的定位精度,給偏跨剝鋅作業(yè)帶來(lái)不利影響;此外,當(dāng)主跨陰極板行車放板和取板時(shí),剝鋅機(jī)必須停下來(lái)等待放板或取板完成后才能繼續(xù)剝鋅,嚴(yán)重影響剝鋅作業(yè)的生產(chǎn)效率,為解決這些問題,設(shè)計(jì)一種高效的陰極板移載方式和陰極板移載小車。

陰極板行車一次吊運(yùn)57 塊陰極板,為了減少設(shè)備長(zhǎng)度、降低造價(jià)及提高設(shè)備靈活性,陰極板移載小車設(shè)計(jì)時(shí)選擇一次可以運(yùn)輸19 塊陰極板,陰極板移載小車用三次運(yùn)輸來(lái)完成行車一吊陰極板的移載工作。通過采用陰極板移載小車來(lái)運(yùn)輸陰極板,保障剝鋅機(jī)陰極板供板及回板過程,與陰極板行車放板或取板過程是柔性連接,兩者作業(yè)相互獨(dú)立、互不影響,提高了剝鋅機(jī)組及陰極板行車的運(yùn)轉(zhuǎn)效率,從而提升了整個(gè)剝鋅系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

2 陰極板移載小車的設(shè)計(jì)

2.1 陰極板移載小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

陰極板移載小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖2 所示。陰極板移載小車主要由小車車架、陰極板托架、剪叉式機(jī)構(gòu)、車輪組件、電機(jī)減速機(jī)、絲杠升降機(jī)和傳感器等組成。其中,小車車架上安裝有車輪組件,可使小車在放板架軌道上行走,前面的兩個(gè)車輪組件分別由兩個(gè)電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng),移載小車一側(cè)的兩個(gè)車輪組件分別安裝2 個(gè)水平輪,2 個(gè)水平輪與導(dǎo)軌左右兩側(cè)面接觸,起到導(dǎo)向作用。剪叉式機(jī)構(gòu)安裝在小車車架上,剪叉式機(jī)構(gòu)在絲杠升降機(jī)的驅(qū)動(dòng)下,可實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)。陰極板托架安裝在剪叉式機(jī)構(gòu)上,隨著剪叉式機(jī)構(gòu)一起升降運(yùn)動(dòng)。陰極板托架設(shè)有托板,托板上帶有齒板,齒板托住陰極板的吊耳,在陰極板托架升降時(shí),齒板可以托起陰極板一起升降,陰極板移載小車一次可以移載19 塊陰極板。移載小車的運(yùn)動(dòng)由自動(dòng)控制程序來(lái)控制,其升降位置和水平行走位置由傳感器信號(hào)來(lái)感知,通過絲杠升降機(jī)和行走電機(jī)減速機(jī)按照程序通電和斷電,陰極板被小車移載到預(yù)定位置。

圖2 陰極板移載小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2.2 陰極板移載小車工作過程與原理

陰極板移載小車在電解車間廠房主跨和偏跨之間運(yùn)輸陰極板,每臺(tái)剝鋅機(jī)配備2 臺(tái)陰極板移載小車,一臺(tái)陰極板移載小車將帶鋅片陰極板從主跨放板架運(yùn)輸?shù)狡鐒冧\傳輸鏈;另一臺(tái)陰極板移載小車將刷洗后的陰極板從偏跨刷洗傳輸鏈運(yùn)輸?shù)街骺绶虐寮堋膳_(tái)移載小車工作原理相同,以帶鋅片陰極板從主跨放板架運(yùn)輸?shù)狡鐒冧\傳輸鏈為例說(shuō)明移載過程。

2.2.1 初始位置

陰極板移載小車在工作過程中不斷進(jìn)行循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng),為了方便描述設(shè)置一個(gè)起點(diǎn)作為陰極板移載小車的初始位置,陰極板移載小車第一次移載的初始位置如圖3 所示。此時(shí),在電解廠房主跨左側(cè)電解槽對(duì)應(yīng)的放板架上,已由行車放好一吊57 塊陰極板,陰極板移載小車位于圖示位置,準(zhǔn)備從右向左分三次運(yùn)輸這一吊陰極板。

圖3 陰極板移載小車第一次移載的初始位置

陰極板移載小車的移載運(yùn)行可分為舉升陰極板、水平移動(dòng)陰極板、下放陰極板及回歸初始位置。

2.2.2 舉升陰極板

陰極板移載小車絲杠升降機(jī)驅(qū)動(dòng)陰極板托架上升到高位,陰極板托架一次托起19 塊陰極板。此時(shí)19 塊陰極板導(dǎo)電梁脫離放板架齒板的齒槽限制,可以進(jìn)行陰極板移載小車水平方向的移載運(yùn)輸。

2.2.3 水平移動(dòng)陰極板

電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)陰極板移載小車車輪轉(zhuǎn)動(dòng),小車承載19 塊陰極板向左運(yùn)行,直至達(dá)到陰極板移載小車放板位置,如圖4 所示,此時(shí)陰極板移載小車承載的19 塊陰極板處在剝鋅傳輸鏈齒槽的正上方,剝鋅傳輸鏈短暫停止移動(dòng),等待接受該19 塊陰極板。

圖4 陰極板移載小車到達(dá)放板位置

2.2.4 下放陰極板

陰極板移載小車絲杠升降機(jī)驅(qū)動(dòng)陰極板托架下降到低位,陰極板托架將19 塊陰極板放到剝鋅傳輸鏈的鏈條齒槽處。此時(shí),陰極板托架上的齒板脫離陰極板吊耳,處在陰極板吊耳和導(dǎo)電梁的中間脫開接觸,陰極板移載小車可以相對(duì)于陰極板前后移動(dòng)。放到剝鋅傳輸鏈的19 塊陰極板通過步進(jìn)傳輸,為偏跨剝鋅設(shè)備供應(yīng)帶鋅片的陰極板。當(dāng)這19 塊陰極板依次剝離完成后,空出剝鋅傳輸鏈放板位置,陰極板移載小車可以再次放板。

2.2.5 回歸初始位置

電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)陰極板移載小車空載向右運(yùn)行,直至達(dá)到陰極板移載小車第二次取板初始位置,如圖5 所示。此時(shí)陰極板移載小車陰極板托架上齒板的齒槽處在陰極板導(dǎo)電梁的正下方,處在第二次移載的初始位置,可以再次舉升和移載運(yùn)輸19 塊陰極板,依此完成第二次和第三次陰極板的移載作業(yè)。

圖5 陰極板移載小車第二次移載的初始位置

通過陰極板移載小車三次移載運(yùn)輸,可完成行車一吊57 塊陰極板的移載運(yùn)輸工作。

2.3 陰極板移載小車設(shè)計(jì)選型與計(jì)算

2.3.1 絲杠升降機(jī)選型和計(jì)算

選擇帶有自鎖功能的蝸輪蝸桿絲杠升降機(jī),型號(hào)為ZMDP12-L25-B130S-5.5。該絲杠升降機(jī)渦輪和蝸桿的速比為32,升降總行程是120 mm,蝸桿輸入端轉(zhuǎn)一圈,絲杠螺母升降0.5 mm,電機(jī)功率5.5 kW,轉(zhuǎn)速1 450 r/min,頂升能力為100 kN,移載小車舉升速度為0.012 m/s。

陰極板移載小車一次移載19 塊陰極板,每塊帶鋅片的陰極板質(zhì)量130 kg,19 塊陰極板的總質(zhì)量為2 470 kg。

絲杠升降機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率計(jì)算[5-7]如下。

式中m1—19 塊帶鋅片陰極板的總質(zhì)量,m1=2 470 kg;

m2—移載小車舉升部分的質(zhì)量,m2=1 100 kg;

g—重力加速度,g=9.81 m/s2;

v—移載小車舉升速度,v=0.012 m/s;

η1—蝸輪蝸桿絲杠升降機(jī)的傳動(dòng)效率,η1=11%。

該計(jì)算出需要的電機(jī)功率為3.82 kW,小于配套的電機(jī)額定功率5.5 kW,滿足要求。

2.3.2 行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī)選型和計(jì)算

行走驅(qū)動(dòng)選擇帶有制動(dòng)器的電機(jī)減速機(jī),保障移載小車停靠位置準(zhǔn)確,電機(jī)減速機(jī)型號(hào)為KAF47DRE90L4/BE2/TF/V,該減速機(jī)速比為29.32,電機(jī)額定功率1.5 kW,轉(zhuǎn)速1 450 r/min。左右車輪組件各裝配有一套電機(jī)減速機(jī),同時(shí)驅(qū)動(dòng)車輪行走,電機(jī)額定功率合計(jì)為3.0 kW,電機(jī)額定扭矩合計(jì)為19.0 Nm。移載小車行走速度為0.5 m/s,移載小車質(zhì)量2 100 kg。

移載小車行走驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算[8-10]如下式所示。

式中M—電機(jī)額定扭矩,M=19.0 Nm;

i—減速機(jī)的速比,i=29.32 kg;

η2—減速機(jī)的傳動(dòng)效率,η2=0.95;

R—車輪的半徑,R=0.1 m。

移載小車行走滾動(dòng)阻力的計(jì)算如下。

式中m1—19 塊帶鋅片陰極板的總質(zhì)量,m1=2 470 kg;

m3—移載小車的質(zhì)量,m3=2 100 kg;

g—重力加速度,g=9.81 m/s2;

μk—車輪滾動(dòng)摩擦因數(shù),μk=0.002 5 m;

R—車輪的半徑,R=0.1 m。

該計(jì)算出的移載小車行走驅(qū)動(dòng)力F1遠(yuǎn)大于行走滾動(dòng)阻力F2,富裕的小車行走驅(qū)動(dòng)力,用于克服在移載小車陰極板托架插入陰極板吊耳過程中的碰撞力和摩擦力,使移載小車可以穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

3 工業(yè)應(yīng)用

陰極板移載小車成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某冶煉廠的大極板剝鋅系統(tǒng)中,工業(yè)應(yīng)用照片如圖6 所示。陰極板移載小車將行車放在主跨放板架上的陰極板移載到偏跨剝鋅機(jī)處,并將偏跨刷洗機(jī)輸出的陰極板移載到主跨放板架上,最后陰極板由行車返回電解槽,完成陰極板出裝槽作業(yè)。陰極板移載小車與陰極板放板架及偏跨剝鋅設(shè)備具有良好的配合運(yùn)行效果,陰極板移載小車結(jié)構(gòu)緊湊、陰極板移載速度快、運(yùn)行平穩(wěn)可靠。陰極板移載小車的研制成功,保障了偏跨剝鋅設(shè)備的高效可靠運(yùn)行,提高了整個(gè)剝鋅系統(tǒng)的作業(yè)效率和可靠性,降低了能耗。

圖6 工業(yè)應(yīng)用圖

4 結(jié)論

(1)通過陰極板移載小車結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理設(shè)計(jì),首次將剪叉式機(jī)構(gòu)與絲杠升降傳動(dòng)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)陰極板平穩(wěn)升降;將放板架上的陰極板,分三次自動(dòng)移載到偏跨剝鋅機(jī)處進(jìn)行剝鋅刷洗作業(yè),并將剝鋅刷洗后的陰極板,分三次自動(dòng)移載到與行車對(duì)接的放板架上,實(shí)現(xiàn)剝鋅系統(tǒng)陰極板的自動(dòng)移載及與陰極板行車的柔性對(duì)接,為實(shí)現(xiàn)在廠房偏跨剝鋅作業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(2)工業(yè)應(yīng)用表明,該陰極板移載小車具有可靠、高效、緊湊、便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn),良好解決了大極板偏跨剝鋅涉及的陰極板長(zhǎng)距離自動(dòng)移載問題,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,設(shè)備技術(shù)能超過國(guó)外同類產(chǎn)品,達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。