МАШИНА ДЛЯ ВЫЛИВКИ, ТРАНСПОРТИРОВКИ И ПЕРЕЛИВКИ МЕТАЛЛА
MACHINE FOR POURING, TRANSPORTING AND TRANSFUSING METAL

Область техники
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, а именно к машинам для технологического обслуживания электролизеров получения алюминия электролитическим способом, и может применяться для выливки жидкого металла из электролизера в литейный ковш машины вакуумированием, транспортировки ковша с возможностью самостоятельной погрузки и разгрузки на пол и переливки алюминия из ковша в миксер или приёмную печь созданием в ковше избыточного давления.
Уровень техники
Из уровня техники известна самоходная машина для извлечения алюминия из электролизеров и его транспортировки (патент RU № 329241, С25С3/10, опубл. 09.11.1972 г.), на шасси которой установлена вакуумная емкость, снабженная заборной трубой, внутри емкости размещается переносной ковш, футерованный огнеупорным материалом.
Недостатком аналога является: необходимость подъезда непосредственно к электролизеру для осуществления выливки алюминия – нахождение в зоне повышенного теплового воздействия от электролизера на оборудование машины, сниженный полезный объем переносного ковша для жидкого алюминия, помещаемого в вакуумную емкость, отсутствие самостоятельной погрузки и разгрузки переносного ковша – необходимость привлечения для этого грузоподъемного крана, отсутствие возможности переливки из ковша посредством оборудования самой машины, опасное расположение рабочего места в непосредственной близости к вакуумной емкости с открытой крышкой в процессе извлечения переносного ковша с жидким алюминием – не исключена вероятность пролива жидкого алюминия, применение гидравлических цилиндров открывания крышки и перемещения заборной трубы в зоне действия высоких температур – небезопасно из-за существующей вероятности воспламенения масла.
Известно транспортное средство для извлечения алюминия из электролизеров и его транспортирования (патент № SU 1386033, опубл. 30.03.1988 г.), состоящее из жесткой рамной конструкции тележки, с двумя осями колес, вспомогательными колесами, кабины с вращающимся сиденьем, подвижной мостовой конструкции с вертикальными стойками.
Недостатком транспортного средства аналога является: необходимость подъезда непосредственно к электролизеру для осуществления выливки алюминия и к плавильной печи для переливки алюминия – нахождение в зоне повышенного теплового воздействия от электролизера (печи) на оборудование машины, сложная конструкция машины за счет снабжения шасси вспомогательными колесами для движения вбок, применение гидравлических цилиндров привода сцепного параллелограмного устройства – небезопасно из-за существующей вероятности воспламенения масла.
Известна установка для забора и транспортирования жидкого алюминия (патент RU № 2207406, С25С3/10, B22D41/12, опубл. 27.06.2003 г.), состоящая из тележки рамной конструкции на двух осях, двух кабин оператора, траверсы, заливочного ковша, механизма опускания-подъема и поворота ковша и транспортируемая колесным трактором.
Недостатком машины аналога является: необходимость использования трактора в качестве тягача и не специализированной насосной станции для питания гидроагрегатов, отсутствие самопогрузки и саморазгрузки ковша – необходимость привлечения для этого грузоподъемного крана, отсутствие возможности переливки из ковша посредством оборудования самой установки.
Известна машина для выливки металла из электролизера (патент № RU 2597833, С25С3/10, опубл. 20.09.2016 г.), содержащая шасси, в передней части которого расположена кабина водителя, в задней части - моторный отсек с силовой установкой, а в центральной части - механизм подъема ковша с двумя гидравлическими цилиндрами, установленными между шасси и подъемными рычагами, при этом к подъемным рычагам на цапфах подвешен ковш со съемной крышкой, на которой расположена выливная труба, и систему управления выливкой, шасси, установленное, по крайней мере, на четырех ведущих мостах с управляемыми колесами, с гидравлическим приводом и гидропневматической подвеской, при этом мосты закреплены к шасси на подшипниковые опоры, система управления выливкой содержит бортовой компрессор, размещенный в моторном отсеке и пневматически сообщающийся с резервуаром для сжатого воздуха, прикрепленный на шасси сзади справа, бортовой компрессор, который через пневмопанель и клапаны пневматически соединен с вакуумным эжекторным насосом, установленным на крышке ковша, сообщенный рукавами пневмосистемы с внутренним пространством ковша, на верхней балке подъемного механизма расположен гидравлический цилиндр, механически связанный с крышкой ковша, выливная труба механически связана с подъемным механизмом через пневмоцилиндр, подъемный механизм установлен на тензодатчиках брускового типа, которые через аналого-цифровой преобразователь подключены к блоку управления выливкой и дисплею, расположенному в кабине водителя, при этом блок управления выливкой соединен с клапанами пневмопанели.
Недостатком машины аналога является: необходимость подъезда непосредственно к электролизеру для осуществления выливки алюминия – нахождение в зоне повышенного теплового воздействия от электролизера на оборудование машины, сложность управления шасси машины – зависимость угла поворота колес осуществляется посредством гидропривода с управлением бортовым компьютером (механическая связь отсутствует), ограниченная круговая обзорность с места оператора из-за значительных габаритных размеров машины, значительной высоты бортов и моторного отсека и центрального расположения кабины приводящая к необходимости применения камер видеонаблюдения, отсутствие возможности переливки из ковша посредством оборудования самой машины.
Наиболее близким аналогом является машина рамной конструкции на трехосном или четырехосном шасси с передним и задним управляемым мостами с кабиной в передней части и моторной установкой в задней с размещенным по центру манипулятором с ковшом и крышкой (публикация № WO 03/014646, опубл. 20.02.2003).
Недостатком известной машины является низкая маневренность и плохая обзорность с места оператора.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом изобретения является обеспечение функциональной приспособленности машины путем устранения недостатков ближайшего аналога, включая повышение маневренности машины для возможности осуществления подъезда к месту выливки и переливки металла с первого заезда при достаточной обзорности с места оператора и техническая возможность осуществить выливку и переливку на расстоянии достаточном для обеспечения сохранности оборудования машины от теплового воздействия электролизера.
Технический результат достигается за счет того, что в машине для выливки, транспортировки и переливки металла, содержащей шасси, рама которого выполнена открытой в боковой части, где размещается манипулятор (9) с ковшом (21) и крышкой (14), выполненной с возможностью перемещения вертикально по направляющим стойкам (10) и горизонтально по балкам (12) поперек продольной оси машины, кабины ((2) и моторной установки (3), новым является то, что шасси имеет шарнирно-сочлененное соединение одноосновного тягача (1) с установленной на нем кабиной (2) и моторной установкой (3) в передней части, и двухосновного трейлера (6), выполненного с возможностью поворота и  управления всеми колесами (8), на раме которого установлены опоры (30), выполненные с возможностью их выдвижения, и с возможностью выноса ковша (21) с крышкой (14) на пол за габарит рамы по горизонтальным балкам (12).
Изобретение дополняют частные отличительные признаки, способствующие достижению технического результата. Кабина выполнена с панорамным остеклением. Крышка (14) ковша выполнена с возможностью перемещения по направляющим (16) и на ней шарнирно закреплен вакуум-носок (17), выполненный с возможностью поворота и наклона, на крышке (14) шарнирно закреплен рычаг (20), выполненный с возможностью закрытия отверстия для выливки металла из ковша (21), и шарнирно закреплен рычаг (24), выполненный с возможностью закрытия отверстия для переливки металла из ковша, также на крышке (14) закреплена переливная труба (23) и закреплена жаровая труба (26), выполненная с возможностью откачивания воздуха из ковша (21) с возможностью перекрытия проходов трубы кранами.
Опоры (30) выполнены с таким ходом, при котором в сложенном состоянии они не выступают за габарит машины, а в разобранном упираются в пол. Ковш (21) выполнен с возможностью наклона вниз в сторону вакуум-носка (17) относительно манипулятора (9). Манипулятор выполнен с возможностью наклона ковша с сохранением положения шасси.
Машина имеет возможность переливки металла из ковша в миксер и (или) приемную печь посредством сжатого воздуха.
Изобретение поясняется чертежами, где:
На фиг. 1 изображена машина для выливки, транспортировки и переливки металла с литейным ковшом, общий вид справа.
На фиг. 2 изображена машина для выливки, транспортировки и переливки металла с литейным ковшом, общий вид сверху.
На фиг. 3 изображена машина для выливки, транспортировки и переливки металла с литейным ковшом, увеличенный общий вид сзади.
На фиг. 4 изображена машина для выливки, транспортировки и переливки металла с литейным ковшом, общий вид в аксонометрии три четверти справа сзади.
На фиг. 5 изображена машина для выливки, транспортировки и переливки металла с литейным ковшом, общий вид в аксонометрии три четверти слева спереди.
На фиг. 6 изображен увеличенный разрез по стрелкам А-А на фиг. 1 машины для выливки, транспортировки и переливки металла.
На фиг. 7 изображена машина для выливки, транспортировки и переливки металла с литейным ковшом, общий вид сзади рядом с электролизером, выдвинутым манипулятором с ковшом и вакуум-носком, опущенным для выливки металла из электролизера.
На фиг. 8 изображена машина для выливки, транспортировки и переливки металла с литейным ковшом, общий вид спереди рядом с миксером, выдвинутым манипулятором с ковшом и открытым переливным отверстием, из которого истекает поток жидкого алюминия в приемный карман миксера.
Перечень конструктивных элементов:
1 – одноосный тягач;
2 – кабина;
3 – моторная установка;
4 – рамный шарнир;
5 – гидроцилиндр поворота шарнира;
6 – трейлер;
7 – ведущие колеса;
8 – управляемые колеса трейлера;
9 – манипулятор;
10 – направляющая вертикальная стойка;
11 – гидроцилиндр подъема манипулятора;
12 – балка выдвижная;
13 – гидроцилиндр поперечного смещения манипулятора;
14 – крышка ковша;
15 – гидроцилиндр крышки ковша;
16 – направляющая крышки;
17 – вакуум-носок;
18 – пневмоцилиндр поворота вакуум-носка;
19 – пневмоцилиндр наклона вакуум-носка;
20 – рычаг закрытия выливного отверстия;
21 – литейный ковш;
22 – пневмоцилиндр рычага;
23 – труба переливная;
24 – рычаг закрытия переливного отверстия;
25 – пневмоцилиндр рычага;
26 – жаровая труба;
27 – пневмоактуатор крана;
28 – траковый подвод гидро- пневморукавов и электрожгутов;
29 – гидроцилиндр наклона ковша;
30 – выдвижная опора;
31 – электролизер;
32 – миксер.
Машина для выливки, транспортировки и переливки металла шарнирно сочлененной конструкции состоит из одноосного тягача 1 с кабиной 2, выполненной, предпочтительно, с панорамным остеклением, и моторной установкой 3 в передней части и соединенный рамным шарниром 4 с возможностью поворота  гидроцилиндром 5, трейлер 6 с П-образной открытой с боковой стороны части рамой трейлера 6 на двух осях с управляемыми колесами 8. Одноосный тягач 1 установлен на ведущих колесах 7. Манипулятор 9  передвигается по направляющим вертикальным стойкам 10 посредством гидроцилиндров подъема манипулятора 11 и по выдвижным балкам 12 посредством гидроцилиндров поперечного смещения 13. На манипуляторе 9 закреплена крышка ковша 14 посредством гидроцилиндра 15, перемещающего крышку по направляющим 16. На крышке шарнирно закреплен вакуум-носок 17, поворачиваемый и наклоняемый пневмоцилиндрами 18 и 19, шарнирно закреплен рычаг 20, закрывающий отверстие для выливки металла из ковша 21 посредством пневмоцилиндра 22, закреплена переливная труба 23, шарнирно закреплен рычаг 24, закрывающий отверстие для переливки металла из ковша посредством пневмоцилиндра 25.  Крышка содержит жаровую трубу 26, через которую из ковша откачивается воздух с перекрытием проходов трубы кранами посредством пневмоактуаторов 27.
На манипулятор 9 и крышку 14, подвижные относительно трейлера 6, рабочая гидравлическая жидкость и воздух управления оборудованием подаются гидро- и пневморукавами соответственно, электропитание жгутами трассироваными в траковые подводы 28.
Ковш 21 относительно манипулятора 9 может наклоняться вниз в сторону вакуум-носка 17 посредством гидроцилиндров 29.
Выдвижные опоры 30, закрепленные на раме трейлера 6, имеют такой ход, при котором в сложенном состоянии они не выступают за габарит машины, а в разобранном - упираются в пол, обеспечивая устойчивость машины от опрокидывания при выдвижении манипулятора 9 с ковшом 21 в бок.
Машина для выливки, транспортировки и переливки металла работает следующим образом.
Выливка жидкого алюминия из электролизера 31 производится путём создания разряжения в литейном ковше 21 при закрытой крышке 14, прижатой к ковшу гидроцилиндром 15 по направляющим 16 при закрытом переливном отверстии и установленном вакуум-носке 17 в выливное отверстие. Машина позиционируется неподвижно напротив предварительно подготовленного электролизера 31 для осуществления выливки. Подачей манипулятора 9 в сторону электролизера 31 и вниз край вакуум-носка 17 погружают через электролит до слоя жидкого алюминия, при этом выдвижные опоры 30 опираются на пол. Жидкий алюминий, затягиваемый разряжением, перетекает по вакуум-носку 17 в литейный ковш 21. Смесь воздуха и электролита из ковша по жаровой трубе 26 возвращается обратно в подколокольное пространство электролизера 31. Вес выливаемого алюминия задан заранее и контролируется машиной. При завершении выливки манипулятор 9 возвращает ковш 21 в исходное положение на машине, вакуум-носок 17 отводиться пневмоцилиндрами 18 и 19 в положение транспортировки, выливное отверстие закрывается рычагом 20 посредством пневмоцилиндра 22.
Транспортировка ковша производится на машине при закрытой крышке 14 и закрытых отверстиях для выливки и переливки с целью обеспечения наименьшего теплоотвода из полости ковша 21. Далее возможна транспортировка для осуществления выливки из других электролизеров до набора в ковше 21 максимального веса алюминия, на который рассчитан ковш, транспортировка ковша 21 к месту перегрузки его на пол для дальнейшего перемещения цеховым краном посредством специальной грузоподъемной траверсы, транспортировка ковша 21 в литейное отделение к миксеру 32 или приемной печи для осуществления переливки алюминия из ковша 21. При поставке ковша 21 на пол машина позиционируется в отведенном для этого месте, опускает опоры 30 до упора в пол, выдвигает манипулятор 9 до полного выхода габарита ковша 21 за габарит машины, открывает крышку ковша 21, опускает манипулятор 9 до выхода из зацепа с цапфами ковша 21 и возвращает пустой манипулятор 9 с крышкой 14 в исходное положение. В обратной последовательности возможна так же самостоятельная установка ковша 21 на машину без использования сторонних средств.
Переливка алюминия из ковша 21 в миксер 32 или приёмную печь осуществляется следующим образом: машина позиционируется переливной трубой 23 ковша относительно приемного кармана печи или миксера 32, опускаются опоры 30 до упора в пол, выдвигается манипулятор 9 с ковшом 21 к карману миксера 32, открывается переливное отверстие, отводя рычаг 24 посредством пневмоцилиндра 25, прижимается крышка 14 к ковшу 21 гидроцилиндром 15 по направляющим 16, далее в ковше 21 создается избыточное давление воздуха, который давя на поверхность жидкого алюминия в ковше толкает его по переливной трубе 23, опущенной до дна ковша, далее ковш 21 посредством гидроцилиндра 29 наклоняется вниз в сторону переливной трубы, тем самым обеспечивая наиболее полное опустошение ковша 21 от алюминия. Струя жидкого алюминия вытекая под напором из переливной трубы 23, попадает в приемный карман, стекая в последствии в печь или миксер 32.
Создание разряжения или избыточного давления в ковше 21 возможно как за счет оборудования, установленного на самой машине с приводом от моторной установки 3, так и за счет цеховой вакуум линии и линии высокого давления, подключаемых к воздушной линии машины, соединяемой с полостью ковша 21 при соответственном открытии и закрытии кранов посредством пневмоактуаторов 27.
Таким образом, выливка металла осуществляется за счет создания разрежения в ковше затягиванием через вакуум-носок жидкого металла из электролизера в ковш, переливка осуществляется за счет создания избыточного давления в ковше сливом жидкого алюминия через переливную трубу в миксер и (или) приемную печь, транспортированием литейного ковша с самостоятельным взятием его с пола манипулятором и установкой на машину и обратно установкой с машины на пол.
Отличием от аналогов в техническом решении является применение в конструкции машины:
– шарнирно-сочлененного шасси с одноосным тягачом и двухосного трейлера с управляемыми колесами;
– манипулятора, величина ходов которого в вертикальных направляющих стойках и выдвижных балок обеспечивает постановку ковша на пол за габарит машины и его взятие с пола без использования сторонних грузоподъемных механизмов;
– выдвижных опор в собранном состоянии, не выступающих за габарит машины, а в разобранном с упором в пол обеспечивают необходимую устойчивость машины при выдвинутом в бок манипуляторе с ковшом, наполненным алюминием;
– гидроцилиндров, одна проушина каждого из которых закреплена на манипуляторе, а вторая на ковше, производя поворот ковша относительно цапф, при этом достигается наклон ковша, обеспечивающий наиболее полное опустошение от жидкого алюминия и сохранение горизонтального положения шасси машины;
– переливной трубы, размещенной на крышке ковша и доходящей до дна ковша максимально близко к внутренней вертикальной стенке, возможность отвода вакуум-носка от выливного отверстия и закрытия выливного отверстия применением рычагов с приводом от пневмоцилиндров;
– пневмоцилиндров привода рычагов и пневмоактуаторов кранов, исключающих возможность возгорания в зоне действия высоких температур в непосредственной близости к крышке ковша.
Положительные результаты выполненного согласно формуле изобретения опытно-промышленного образца машины, подтверждены теоретическими расчетами и проведенными в корпусах электролиза алюминиевого завода производственными испытаниями.