關(guān)于一種保護電解鋁企業(yè)用陽極拖車輪胎裝置的應(yīng)用

摘要：本文主要基于電解鋁企業(yè)生產(chǎn)中對成品陽極、殘極、托盤運輸所使用的陽極拖車減少輪胎破損頻次，降低補胎風(fēng)險，控制成本費用的需求展開。提出一種利用輪胎保護裝置的方案，提前將行駛路段中存在的鉚釘、鐵釘以及其他鐵質(zhì)物件利用磁鐵磁吸原理進行清理，預(yù)防輪胎損傷，達到車輛運輸安全的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：電解鋁；陽極拖車；輪胎；磁鐵

中圖分類號：U273 文獻標(biāo)識碼：A

0 引言

陽極拖車是電解鋁企業(yè)生產(chǎn)工藝流程中實現(xiàn)對成品陽極、殘極、托盤進行運輸?shù)膶Ｓ密囕v，是電解鋁生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)。讓陽極拖車安全、高效地運行，是企業(yè)基本的要求和目標(biāo)。

因鋁電解工藝原理和現(xiàn)場生產(chǎn)需要，陽極拖車需要持續(xù)進入電解大面進行運輸作業(yè)，強磁環(huán)境下地面因檢修、使用等因素留下的鐵釘、鉚釘和其他鐵質(zhì)物件會對車輛輪胎造成不同程度的損壞，內(nèi)胎漏氣、外胎受損或是爆胎。受限于專用車輛的車體構(gòu)造，如何減少輪胎的破損頻次、降低駕駛員的勞動強度、控制輪胎成本費用支出成為我們思考的關(guān)鍵，立足現(xiàn)場實際情況，通過“技防”手段做好“預(yù)防”是解決該類問題的主要著手點。

1 陽極拖車工作的工作原理

1.1 陽極拖車的構(gòu)造

陽極拖車由牽引車和陽極拖架兩大部分組成，牽引車包括發(fā)動機、底盤、車身、電氣設(shè)備以及液壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和行駛系統(tǒng)組成；陽極托架包括連接器、陽極拖斗、液壓系統(tǒng)、陽極擋板等功能部件組成，能較好地滿足行駛功用和現(xiàn)場對成品陽極、殘極以及陽極托盤的運輸需求。圖1 為某電解鋁企業(yè)所使用的陽極拖車，較好地滿足了該企業(yè)對成品陽極、殘極和托盤的運輸。

1.2 陽極拖車的輪胎

輪胎是車輛結(jié)構(gòu)中最重要的部件之一，其作用為承載車輛負(fù)荷、緩沖減振并提高通過性能，同時直接關(guān)系到駕駛性能和行車安全。通過對陽極拖車的道路行駛環(huán)境、拉運物品類型、作業(yè)程序內(nèi)容等綜合考慮，基于駕乘感受、操作輕便、安全可靠等因素，同時考慮到減少車輛行駛過程中各機械部件的剛性磨損，制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)操作指令可靠執(zhí)行，保護所拉運的陽極導(dǎo)桿組以及減少拉運過程中可能產(chǎn)生的物料粉塵飛揚等問題，陽極拖車所使用的為有內(nèi)胎型充氣輪胎。某陽極拖車輪胎技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。

1.3 陽極拖車破胎/ 爆胎的原因

輪胎所受的機械損傷如刺洞、劃破等，除路面條件外，在很大程度上與駕駛操作方法有關(guān)，因此，避免尖銳障礙物，是保護輪胎的重要環(huán)節(jié)[1]。從破胎/ 爆胎產(chǎn)生原因看，有外界因素也有內(nèi)在原因，概括起來主要有以下幾種：車輪行駛在路上遇到異物的撞擊或被割破；由于輪胎老化、胎側(cè)簾線斷裂等原因，在輪胎外側(cè)出現(xiàn)鼓包或裂紋，局部強度降低，當(dāng)高速行駛時如果內(nèi)部胎壓升高，造成爆胎；輪胎氣壓異常，包括胎壓過高或胎壓過低[2]。

陽極拖車輪胎破胎多見于車輛行駛在路上遇到異物的撞擊或被割破。破胎/ 爆胎原因主要有以下幾個方面，一是駕駛員良好的操作行為習(xí)慣未養(yǎng)成，車輛操作過程中對行駛區(qū)域道路環(huán)境未及時進行查看和通過路徑的有效選擇，行駛區(qū)域隨意性較大，增加了輪胎被扎破的風(fēng)險頻次。二是日常安全教育培訓(xùn)工作不扎實，行駛過程中的輪胎遭到破胎/ 爆胎后可能存在的制動不良、轉(zhuǎn)向異常的風(fēng)險沒有進行告知要求和危險源辨識，駕駛員安全意識薄弱。三是作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，車輛通行條件不佳，未及時與現(xiàn)場人員進行溝通，對存在鉚釘、鐵釘以及其他鐵質(zhì)物件進行清理，造成車輛行經(jīng)時易發(fā)生輪胎破損問題。四是為了方便進行托盤裝運，陽極拖車駕駛室位置較高，在倒車作業(yè)時，因?qū)U組、托盤以及行駛過程中光線等方面的影響，對電解廠房大面上的鉚釘、鐵釘以及其他鐵質(zhì)物件不能及時發(fā)現(xiàn)和避讓，也會造成陽極拖車輪胎扎破風(fēng)險。五是受鋁電解磁場因素影響，電解槽系列電流強度不斷增加，電流強度越高，鋁電解槽內(nèi)部及周圍的靜磁場就越大，電解槽周圍空間磁場對電解車間內(nèi)長期連續(xù)服役設(shè)備及工藝車輛的影響[3]。

在磁場影響下，電解廠房大面的鉚釘、鐵釘以及其他鐵質(zhì)物件會呈現(xiàn)直立90°狀態(tài)，碾壓后造成輪胎破損的概率在90% 以上。

1.4 陽極拖車的補胎作業(yè)

作為工程機械專用車輛，受限于車輛拖掛構(gòu)造設(shè)計，前輪和后輪發(fā)生破胎漏氣后對駕駛員帶來的主觀感受和視覺判斷有較大區(qū)別，前輪發(fā)生破胎漏氣后會造成駕駛室傾斜，后輪胎發(fā)生破胎漏氣后從駕駛員視覺角度不能及時發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)持續(xù)的胎壓過低造成發(fā)動機動力輸出增大或所拉運陽極導(dǎo)桿組傾斜后才能察覺，同時持續(xù)的胎壓過低導(dǎo)致在行駛中輪胎易碾壓，甚至是報廢。

陽極拖車后輪胎補胎程序比前輪更加復(fù)雜，需先將用于增加后輪軸剛性的護板進行拆卸后再進行后續(xù)補胎作業(yè)，該護板長為1 440 mm、寬340 mm、厚40 mm，重75 kg，需要2-3 人使用撬杠、大錘等工具輔助配合操作，人員誤操作失誤難以避免。而頻繁的補胎作業(yè)會增加安全風(fēng)險，通過對補胎過程中的輪轂拆除、螺栓松緊、輪胎充氣等操作進行危險源辨識，存在機械傷害、物體打擊以及其他傷害達10 多項，通過LECD 危險源評價，安全風(fēng)險較高。頻繁補胎還會造成輪胎損耗過度，增加輪胎更換成本。

2 一種電解鋁企業(yè)用陽極拖車輪胎保護裝置

隨著電解槽容量的增大，500 kA 電解槽系列電流強度不斷增加，電流強度越高，鋁電解槽內(nèi)部及周圍的靜磁場就越大，經(jīng)過測量，電解車間4.5 m 平面上最大磁感應(yīng)強度為161.56 Gs，長期工作的設(shè)備出鋁端的工藝運輸車輛（氟化鹽加料車、抬包運輸車、陽極拖車）會受到電解槽周圍空間磁場的不同程度的影響[3]。除去設(shè)備本體防磁技術(shù)的考慮和生產(chǎn)運行秩序的調(diào)整，相較于其他車輛，陽極拖車在大面區(qū)域內(nèi)行駛時與電解槽距離始終在2 m范圍內(nèi)，并且作業(yè)內(nèi)容基本全時段在電解槽周邊進行陽極、殘極、托盤、渣盤的運輸工作，輪胎破胎頻次、損壞程度影響明顯，對運輸效率、生產(chǎn)配合影響也是很大。

輪胎的安全性能對車輛動力性、制動性、行駛過程的穩(wěn)定性、平順性和安全性等都有直接的影響[4]。與破胎/ 爆胎相關(guān)的輪胎安全技術(shù)可分為二大類，一類是預(yù)防輪胎因非正常使用而造成爆胎的“預(yù)防”技術(shù)；另一類是在爆胎后進行挽救，防止車輛因爆胎而發(fā)生事故的“補救”技術(shù)。結(jié)合陽極拖車操作方式、運行模式和行駛環(huán)境，針對上述問題，立足一類提前“預(yù)防”技術(shù)，開發(fā)了一種電解鋁企業(yè)用陽極拖車輪胎保護裝置，能較好地解決：減少車輛行駛中的破胎頻次、降低補胎過程中的安全風(fēng)險、優(yōu)化車輛拉運中的運輸效率、提升車輛操作的安全系數(shù)、有效控制輪胎的使用成本費用、提高車輛服務(wù)中的配合質(zhì)量等問題。

2.1 陽極拖車輪胎保護裝置的想法

經(jīng)測量，目前所使用的陽極拖車后輪胎護板離地間隙為300 mm，后輪胎破胎后離地間隙縮小為100 mm，所使用輪胎為12.00-R20 全鋼子午線輪胎，破胎原因中鉚釘、鐵釘以及其他鐵質(zhì)物件扎破占比為80%，其他原因20%，而鉚釘、鐵釘以及其他鐵質(zhì)物件在電解廠房大面占比超過90%。

陽極拖車在進行成品陽極、殘極、托盤裝運時，采用倒車行進方式，進入電解大面后車輛后輪胎處于前出位置，通過在陽極拖車車架后輪胎護板下方與托架尾部設(shè)置一處高磁性、寬區(qū)域的吸鐵裝置，利用磁吸原理實現(xiàn)車輛在進行陽極導(dǎo)桿組運輸過程中，對所行駛區(qū)域電解大面中存在較多的鉚釘、鐵釘以及其他鐵質(zhì)物件進行吸取，減少了陽極拖車在電解大面區(qū)域進行陽極倒運時輪胎被鉚釘、鐵釘以及其他鐵質(zhì)物件扎破的頻次，降低高頻次進行輪胎修補過程中可能產(chǎn)生的安全風(fēng)險。同時，改措施也減少了駕駛員與現(xiàn)場作業(yè)人員的溝通成本，撿拾鐵質(zhì)物件的工作強度和可能存在的影響車輛正常運行的時間效率。

2.2 陽極拖車輪胎保護裝置設(shè)計思路

通過螺栓將固定桿與陽極拖車后輪胎上部車架進行硬連接，然后用螺栓將固定桿與支撐桿進行硬連接，支撐桿與角鐵進行硬連接，硬連接的主要目的是在鉚釘、鐵釘、鐵質(zhì)物件吸取后不會造成整體結(jié)構(gòu)因重量增加而下墜，以免破胎后造成該裝置與地面硬壓而損壞。吸鐵器磁鐵（實際應(yīng)用中，對磁吸力進行研究時，除考慮磁吸功能組件的工作可靠性外，還要考慮結(jié)構(gòu)可行性、經(jīng)濟性和實用性等，即在設(shè)計時需使磁鐵的質(zhì)量盡量小，材料盡量省，在滿足所給工作條件及設(shè)計條件下，使磁吸力盡量大，從而獲得磁吸結(jié)構(gòu)最優(yōu)搭配[5]）、緩沖膠墊和角鐵形成半包裹的吸鐵裝置，緩沖彈簧與吸鐵裝置形成軟連接，正常情況時使該裝置進行鉚釘、鐵釘以及其他鐵質(zhì)物件的吸取，異常情況下可以減少輪胎破胎后吸鐵裝置因離地間隙縮小而造成硬性損壞。

該輪胎保護裝置如圖2、圖3 所示，所使用的12.00-R20 輪胎胎冠直徑為340 mm，磁鐵吸附區(qū)域直徑為500 mm，可以更好地實現(xiàn)對前后輪胎所行經(jīng)區(qū)域進行提前保護。所使用的磁鐵應(yīng)為強力磁鐵，強力磁鐵具有高磁場強度、高磁力、長壽命、高穩(wěn)定、形狀多樣化等特征，直接將強力磁鐵鑲嵌吸鐵裝置內(nèi)，會因磁力一直吸附鉚釘、鐵釘以及其他鐵質(zhì)物件[6]。

3 該保護裝置的優(yōu)勢

經(jīng)過現(xiàn)場驗證，一種電解鋁企業(yè)用陽極拖車輪胎保護裝置安裝和拆卸方便，所使用材料成本費用較低，在使用過程中，能夠較好地減少鉚釘、鐵釘以及其他體積質(zhì)量較小的鐵質(zhì)物件對輪胎的損壞，并能輕松對強力磁鐵吸附后的鉚釘、鐵釘以及其他輕質(zhì)鐵質(zhì)物件進行統(tǒng)一收集和有用的物品進行二次利用。通過人防（現(xiàn)場人員及時對使用后的鐵質(zhì)物件進行整理收集或駕駛員對現(xiàn)場通行條件判斷后進行撿拾等措施）和技防（該裝置對通行線路區(qū)域的鐵質(zhì)物件進行強磁吸附）的雙重舉措，將客觀條件下存在的破胎隱患降到最低。如圖4 所示，裝置使用后輪胎破胎率、人工勞動力均有了明顯下降。

4 結(jié)束語

通過對一種電解鋁企業(yè)用陽極拖車輪胎保護裝置在現(xiàn)場的應(yīng)用，有效解決和控制了陽極拖車在電解廠房內(nèi)行駛過程中的破胎頻次、人員補胎過程中的勞動強度、輪胎更換的成本費用等問題。在破胎頻次方面，月破胎次數(shù)減少了30% 以上，延長了輪胎的使用壽命，降低了車輛在行駛過程中的因破胎造成的道路交通事故風(fēng)險；在降低人工勞動強度方面，補胎工作減少了40% 以上，降低了人員在進行補胎過程中可能發(fā)生的機械傷害、物體打擊等事故風(fēng)險；在降低成本費用方面，破胎使用的膠片、膠水和爆胎后更換輪胎的費用降低了25% 以上，成本得到有效控制。

該裝置可以有效應(yīng)用于電解鋁企業(yè)電解槽大面行駛的各類車輛，一方面可以持續(xù)對遺撒的鉚釘、鐵釘?shù)辱F質(zhì)物件進行吸取清理，確保車輛行駛環(huán)境干凈。另一方面，可以防止因輪胎破胎或突發(fā)爆胎后造成的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等出現(xiàn)影響車輛安全操作的隱患。該裝置制作簡單、安裝方便可靠、費用低，綜合效果良好。

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作者簡介：

常自賢，本科，工程師，研究方向為專用車輛及運輸管理。