РАБОЧИЙ ОРГАН МАШИНЫ ДЛЯ ПРОБИВКИ КОРКИ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
WORKING MEMBER OF MACHINE FOR PUNCHING CRUST OF ALUMINIUM ELECTROLYTIC CELL

Предлагаемое техническое решение относится к цветной металлургии, в частности к средствам механизации электролизного производства алюминия, и может быть использовано в машине для пробивки корки электролита в электролизере.
При получении алюминия электролизом из расплавленного криолита, содержащего растворенную окись алюминия, на поверхности расплава в пространстве «борт-анод» образуется корка электролита, которую необходимо периодически разрушать (пробивать) согласно требованиям технологии.
Известно устройство для разрушения корки электролита в электролизерах для получения алюминия, содержащее самоходную тележку с вертикальной рамой и установленной на ней стрелой, выполненной с возможностью ее подъема и опускания, и отбойное приспособление. Рама установлена сбоку тележки, стрела смонтирована на раме и выполнена с возможностью выдвижения вперед посредством поворотных штанг. Центры вращения последних в верхней части смещены относительно друг друга по вертикали. Отбойное приспособление, выполненное в виде трансмиссионного пружинного вибромолота, установлено на свободном конце стрелы. Вибромолот состоит из вибровозбудителя, установленного на свободном конце подпружиненной поворотной балки, гидромотора и пики. Согласно варианту устройства вибромолот состоит из вибровозбудителя, выполненного двухвальным, на котором асимметрично расположены дебалансы, и узлов соединения, состоящих из направляющих штанг, пружин, втулок и стопорного устройства (патент РФ 2128248, С25С 3/14, 1997). Значительные габаритные размеры установки затрудняют ее работу в стесненных условиях электролизного корпуса. Кроме того, обработка корки затруднена, а в некоторых местах невозможна, при установке на электролизер систем автоматического питания глиноземом.
Известно устройство для пробивки глиноземной корки в алюминиевых электролизерах, включающее корпус с кривошипно-шатунным механизмом и два пробойника, смонтированные на замкнутой системе рычагов с уравнителем, образующих параллелограмм, причем ось уравнителя жестко соединена с осью несущего рычага посредством качалки, снабженной коромыслом с пружинами для возврата пробойников в исходное положение (авторское свидетельство SU 387032, C25C 3/14, 1973).
Однако громоздкость рабочего органа данного устройства препятствует внедрению устройства на алюминиевых заводах.
Известна машина для пробивки корки электролита алюминиевого электролизера (авторское свидетельство SU №326245, С25С 3/14, 1972), включающая шарнирный многозвенник, установленный на самоходной тележке и снабженный консольно расположенным кривошипно-шатунным ударником и гидроцилиндром для его подъема и опускания. Обе полости гидроцилиндра соединены с пружинным гидроамортизатором. Корпус ударника выполнен герметичным, а его внутренняя с переменным объемом полость соединена с емкостью, образованной эластичным элементом и служащей компенсатором изменения объема.
Рабочий орган известного устройства обеспечивает разрушение криолит-глиноземной корки на достаточно ограниченном пространстве. При оснащении электролизера современным технологическим оборудованием, например системами автоматического питания глиноземом (АПГ), снабженными бункерами, установленными над электролизной ванной, крайне затруднена обработка корки в местах установки АПГ, а в некоторых местах обработка с использованием известного устройства практически невозможна.
Известна машина для пробивки корки электролита МПК-5У, серийно выпускаемая Бузулукским заводом тяжелого машиностроения им. В.В. Куйбышева (ссылка на сайт: http://vunivere.ru/work22170). Конструкторское решение рабочего органа данной машины вызывает значительные технологические трудности при обработке электролизеров для получения алюминия. Предлагаемое техническое решение направлено на совершенствование конструкции данного рабочего органа, в связи с чем МПК-5У выбрана в качестве ближайшего аналога.
Машина для пробивки корки электролита МПК-5У спроектирована на базе самоходного шасси Т-16М и представляет собой четырехколесную самоходную тележку, на которой установлен механический ударник (рабочий орган пробивки корки), подвешенный на стреле, которая жестко крепится к редуктору. Многозвенник, образованный редуктором, стрелой, механизмом пробивки корки, кронштейном стопора, рамой и механизмом отклонения пики, предназначен для перемещения механизма пробивки гидроцилиндром. Гидроцилиндр закреплен на раме и обеспечивает подъем, опускание и фиксацию рабочего органа пробивки корки в любом из его промежуточных положений посредством гидросистемы машины. Между гидропружинными амортизаторами установлен воздушный компенсатор, соединенный шлангом с полостью рабочего органа пробивки корки.
Рабочий орган серийной машины для пробивки корки представляет собой кривошипно-шатунный механизм с системой смазки, состоящий из шатуна с пробойником и коленчатого вала, установленного в опорных втулках боковых крышек герметичного корпуса рабочего органа, на консолях которого посредством торцевых фланцев установлены два шкива, служащие одновременно и маховиками, соединенные ременной передачей с двигателем. Шкивы также устанавливаются в опорных втулках, расположенных на боковых крышках корпуса, и разъемно соединены с торцевыми фланцами с помощью пальцев. Шкивы соединены с двигателем ременной передачей, вращение на коленчатый вал от шкивов передается посредством фланцев, снабженных шлицами. Передача вращения на фланец осуществляется упругими втулками, установленными в пальцевых соединениях. Система смазки рабочего органа выполнена централизованной и точка централизованной смазки расположена в корпусе рабочего органа.
К техническим недостаткам рабочего органа известной машины следует отнести следующее:
- коленчатый вал установлен в опорных втулках, две из которых жестко посажены на коленчатом валу, а две - в боковых крышках корпуса, при этом сопрягаемые втулки установлены с возможностью скольжения относительно друг друга. Для снижения трения предусмотрена централизованная смазка. На практике данный узел является наиболее слабым узлом в силу значительного износа втулок при скорости вращения вала двигателя более 500 об/мин. Это приводит к необходимости частой замены изношенных втулок, увеличивая тем самым затраты на восстановительный ремонт и снижая сроки межремонтной эксплуатации;
- монтаж шкивов осуществляется посредством опорных втулок по типу опорных втулок коленчатого вала, то есть одна из сопрягаемых втулок жестко посажена на боковую крышку корпуса, а вторая жестко посажена на шкив и торцом сопряжена с торцевым фланцем. Таким образом, имеет место вторая пара трения скольжения, для которой также предусматривается смазка. Но помимо этого возникает трение в сопряжении торцов втулки шкивов и торцевых фланцев, что приводит к износу фланцев;
- использование в передаче вращения упругих втулок, установленных в пальцевых соединениях, вызывает быстрый износ втулок, что, во-первых, приводит к быстрому износу шлицов, а значит ухудшению передачи вращения на коленчатый вал, во-вторых, требует постоянного контроля за состоянием втулок и частой их замены;
- использование в данной конструкции рабочего органа маховика, посаженного на выходной вал редуктора и клиноременной передачи, оказалось малоэффективным, так как усложняет конструкцию и не обеспечивает надежной работы устройства;
- использование в прототипе нажимных роликов для устранения отклонения пробойника от рабочего положения является не эффективным;
- фиксация пробойника на наконечнике ползуна штифтом не надежна, высока вероятность отрыва пробойника и попадания в ванну электролизера и загрязнения алюминия металлическими примесями;
- использована сложная, громоздкая и не надежная система предотвращения засасывания глиноземистой пыли из цеха в полость механизма пробивки в виде воздушного компенсатора, соединенного шлангом с полостью механизма пробивки.
- выполнение опорных втулок в виде подшипников скольжения увеличивает сопротивление трению, уменьшает производительность и надежность работы.
Задачей данного технического решения является создание надежного и высокопроизводительного устройства для разрушения корки электролита на электролизерах для получения алюминия, увеличение срока службы рабочего органа при упрощении его конструкции.
Техническим результатом является сокращение деталей при соединении привода и кривошипно-шатунного механизма и в механизме отклонения пробойника от рабочего положения, и повышение межремонтной эксплуатации рабочего органа.
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем
В рабочем органе машины для пробивки корки электролита в электролизере для получения алюминия, установленном на раме самоходной машины, содержащем кривошипно-шатунный механизм пробивки корки с пробойником, закрепленный на стреле, соединенной с гидроцилиндром для подъема и опускания стрелы, и снабженный узлом подачи смазки, коленчатый вал, установленный в опорных втулках боковых крышек герметичного корпуса и соединенный с приводом, и механизм отклонения пробойника, согласно заявляемому решению, привод выполнен в виде гидромотора, соединенного с консолью коленчатого вала, а пробойник закреплен на наконечнике ползуна механизма пробивки корки с возможностью разъема, и закреплены упругие элементы с возможностью возврата механизма пробивки корки в рабочее положение.
Заявляемую конструкцию дополняют частные отличительные признаки, способствующие достижению поставленного технического результата.
Гидромотор соединен с консолью коленчатого вала при помощи муфты с эластичным элементом.
Опорная втулка выполнена в виде подшипников качения.
Узел подачи смазки установлен на оси привода коленчатого вала.
Пробойник закреплен на наконечнике ползуна при помощи байнетного прижима.
Механизм отклонения пробойника выполнен в виде двустороннего пружинного демпфера.
Упругий элемент выполнен в виде пружин растяжения, закрепленных одним концом в отверстиях, выполненных на противоположных сторонах поворотной головки, и другим концом закрепленных на кронштейне стрелы.
На корпусе механизма пробивки корки в верхней части установлена крышка с фильтрующими элементами.
Предлагаемый рабочий орган для пробивки электролитной корки изображен на рисунках, где:
на фиг. 1 показан общий вид устройства;
на фиг. 2 - разрез по оси кривошипа;
на фиг. 3 - разрез по В-В, закрепление механизма пробивки корки на оси качания стрелы;
на фиг. 4 - разрез по А-А, вид пружины;
на фиг. 5 - вид сбоку шатуна.
Перечень конструктивных элементов:
Рабочий орган 1 машины для пробивки корки;
Кривошипно-шатунный механизм пробивки корки 2;
Пробойник 3;
Стрела 4;
Рама 5 самоходной машины;
Гидромотор 6;
Муфта с эластичным элементом 7;
Консоль 8;
Коленчатый вал 9;
Опорные втулки 10;
Боковые крышки 11;
Корпус 12;
Узел подачи смазки 13;
Крышка с фильтрующими элементами 14;
Опорные щековины 15;
Головка поворотная 16;
Упругие элементы 17;
Отверстия 18;
Кронштейн 19;
Нижняя головка 20;
Шатун 21;
Палец 22;
Ползун 23;
Сферическая пята 24;
Стакан 25;
Направляющая гильза 26;
Кожух 27;
Байонетный прижим 28;
Механизм отклонения пробойника 29;
Рычаг 30;
Стопор 31;
Основание 32;
Зацеп стрелы 33;
Захват стопора 34;
Рукоятка 35;
Гидроцилиндр подъема стрелы 36.
Рабочий орган 1 машины для пробивки корки содержит кривошипно-шатунный механизм пробивки корки 2 с пробойником 3, подвешенный на стреле 4, соединенной с приводом. Рабочий орган 1 машины установлен на раме 5 самоходной машины.
В качестве привода используется гидромотор 6, вал которого соединен муфтой с эластичным элементом 7 с консолью 8 коленчатого вала 9, и посредством гидромотора 6 вращение передается через коленчатый вал 9 механизму пробивки корки 2, что значительно упрощает конструкцию, увеличивает надежность и производительность устройства. Коленчатый вал 9 установлен в опорных втулках 10 боковых крышек 11 герметичного корпуса 12. Опорные втулки 10 выполнены в виде подшипников качения, с меньшим сопротивлением трению, что увеличивает разрушительную силу пробойника, увеличивает производительность и надежность работы устройства.
Механизм пробивки корки 2 представляет собой внецентренный кривошипно-шатунный механизм, заключенный в герметичный корпус 12. Механизм пробивки корки 2 снабжен узлом подачи смазки 13, установленным на оси привода коленчатого вала 9. На корпусе 12 механизма пробивки корки 2 в верхней части установлена крышка с фильтрующими элементами 14. Механизм пробивки корки 2 подвешен на опорных 15 щековинах, одетых на головку поворотную 16. Для возврата механизма пробивки корки 2 в рабочее положение закреплены упругие элементы 17, выполненные в виде пружин растяжения, закрепленных одним концом в отверстиях 18, расположенных на противоположных сторонах поворотной головки 16, и другим концом закрепленных на кронштейне 19 стрелы 4.
Нижняя головка 20 шатуна 21 при помощи пальца 22 соединена с полым цилиндрическим ползуном 23. Нижняя головка 20 шатуна 21 имеет сферическую поверхность, через которую шатун 21 опирается на сферическую пяту 24, установленную в ползуне 23. Зазор между сферическими поверхностями регулируется прокладками (на рисунке не показано). При помощи такого соединения удары при работе воспринимаются сферической поверхностью шатуна 21. Поверх корпуса 12 одевается стакан 25 и фиксируется при закреплении ползуна 23 с шатуном 21.
Ползун 23 расположен в направляющей гильзе 26, которая запрессована в нижней части корпуса 12 механизма пробивки 2. В нижней части ползуна 23 крепится кожух 27 и пробойник 3. Пробойник 3 закреплен на наконечнике ползуна 23 механизма пробивки корки 2 с возможностью разъема, при помощи байнетного прижима 28. Кожух 27 предназначен для защиты механизма от брызг электролита и глиноземной пыли. Крепление кожуха 27 к ползуну 23 выполнено герметичным на резьбе, а верхняя часть имеет уплотнение, которое, перемещаясь вверх и вниз вместе с кожухом вдоль нижней направляющей части корпуса 12, герметизирует внутреннюю полость механизма пробивки корки 2.
Рабочий орган 1 оснащен механизмом отклонения 29 пробойника 3, предназначенным для обеспечения требуемой траектории перемещения механизма пробивки корки 2. Механизм отклонения 29 пробойника 3 выполнен в виде двустороннего пружинного демпфера и закреплен одним концом на рычаге 30, размещенном в верхней части корпуса 12 механизма пробивки корки 2, а другим концом - на стопоре 31, прикрепленном болтами к основанию 32 на раме 5 самоходной машины. Стопор 31 установлен с возможностью контакта с зацепом 33 стрелы 4. Стопор 31 предназначен для фиксации механизма пробивки корки 2 в крайнем верхнем (транспортном) положении. Стопор 31 выполнен в виде кронштейна, представляет собой жесткую конструкцию и служит опорой для механизма отклонения 29 пробойника 3. Захват 34 стопора 31 свободно посажен на ось механизма отклонения пробойника 29 и фиксируется от поворота на ней рукояткой 35.
Многозвенник, образованный стрелой 4, механизмом пробивки корки 2 с пробойником 3, рамой 5 и механизмом отклонения 29 пробойника 3, обеспечивает требуемую траекторию перемещения механизма пробивки 2 гидроцилиндром подъема 36 стрелы 4. Гидроцилиндр подъема 36 закреплен на раме 5 самоходной машины и обеспечивает подъем/опускание и фиксацию механизма пробивки корки 2 в любом из ее промежуточных положений посредством гидросистемы машины. Полости гидроцилиндра 36 соединены с двумя гидропружинными амортизаторами (на рисунке не показаны), установленными в передней части рамы машины над мостом управляемых колес. Применение гидроамортизаторов обеспечивает мягкую подвеску механизма пробивки корки, в результате этого снижается передача динамических нагрузок на машину и уменьшается вибрация.
Заявляемая машина предназначена для пробивки криолит-глиноземной корки на боковых сторонах электролизеров при поточной обработке в условиях электролизного производства алюминия при температуре окружающего воздуха от -50 до +45°С.