Пневмопривод рабочего органа устройства для пробивки корки электролита в алюминиевом электролизере
PNEUMATIC DRIVE OF WORKING MEMBER OF DEVICE FOR PUNCHING ELECTROLYTE CRUST IN ALUMINIUM ELECTROLYSER

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к пневмоприводам, работающим в условиях высокой температуры и высокого содержания абразивной пыли в окружающей среде, например к пневмоприводам рабочих органов устройств, применяемых в цветной металлургии, в частности в устройствах для разрушения корки, образующейся над ванной электролизера для получения алюминия.
Известна система пневматического привода (патент US №6776081 от 10.08.2001 г. ), содержащая пневмопривод с цилиндром двустороннего действия, с помощью которого пробивают корку, образующуюся при получении алюминия. Система управления пневмоцилиндром включает распределители, направляющие поток сжатого воздуха в полости пневмоцилиндра, реализуя выдвижение и втягивание штока. Для регулирования скорости выдвижения и втягивания штока система включает дроссели, встроенные в двухпозиционный распределительный клапан управления подачей воздуха в полости пневмоцилиндра.
Известна система пневмопривода устройства для разрушения корки, образующейся на поверхности ванны электролизера (патент US №4700612 от 17.03.1986 г. ), включающая пневмоцилиндр двустороннего действия, для управления работой которого в системе имеется несколько распределительных клапанов с электроуправлением, один из которых является трехлинейным двухпозиционным распределительным клапаном.
Известна система пневмопривода устройства разрушения корки, образующейся на поверхности ванны электролизера (заявка CN №102828202 от 17.09.2012 г. ). Система включает пневмоцилиндр двустороннего действия, два трехлинейных двухпозиционных распределительных клапана с пневмоуправлением, переключаемых с помощью двух распределительных клапанов с электроуправлением, один из которых является трехлинейным двухпозиционным. К каналу сброса сжатого воздуха из штоковой полости через трехлинейный двухпозиционный клапан с пневмоуправлением подсоединена пневмолиния с глушителем шума.
Известен пневмоцилиндр устройства для разрушения корки, образующейся на поверхности ванны электролизера (полезная модель CN №203782250 от 21.03.2014 г. ), к выпускному отверстию которого присоединен глушитель.
Недостатки известных систем пневмопривода - сложность системы управления пневматическим приводом и быстрое изнашивание поверхности штока вследствие оседания на нем абразивной пыли, присутствующей в окружающей среде.
Известен пневмоцилиндр молотка пневматического (патент RU №2236586 от 03.06.2003 г. ), на внутреннем торце задней крышки которого установлена амортизационная пластина.
Известны пневматические цилиндры одностороннего действия с возвратным ходом от расположенной внутри пневмоцилиндра пружины (патенты RU №2496030 от 27.08.2009 г., RU №2025345 от 10.03.1992 г., RU №125146 от 14.06.2012 г. ), которые работают в условиях повышенного содержания абразивной пыли в окружающей среде. Пневмоцилиндр одностороннего действия с пружинным возвратом (патент RU №125146) состоит из гильзы, передней крышки с центральным отверстием для штока, задней крышки с установленным на внутренней торцовой поверхности эластичным демпфером и с отверстием для подвода воздуха, поршня с кольцевым выступом, направленным к передней крышке, делящего полость пневмоцилиндра на поршневую и штоковую полости; штока, шарнирно закрепленного в кольцевом выступе поршня, полого фальш-штока, закрепленного на кольцевом выступе поршня.
Недостаток известных пневмоцилиндров в том, что при их работе на фальш-шток оседает абразивная пыль, приводящая к быстрому изнашиванию фальш-штока и уплотнения, расположенного между фальш-штоком и цилиндрической поверхностью отверстия в передней крышке, а также к разрушению этого уплотнения из-за влияния высокой температуры, что снижает эксплуатационные характеристики пневмоцилиндров.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, - улучшение эксплуатационных характеристик системы пневмопривода при работе в условиях высокой температуры и повышенного содержания абразивной пыли в окружающей среде.
Техническая задача решена в конструкции системы пневмопривода, содержащей: пневмоцилиндр одностороннего действия с пружинным возвратом, состоящий из гильзы, передней крышки с центральным отверстием для штока, задней крышки с установленным на внутренней торцовой поверхности эластичным демпфером и с отверстием для подвода воздуха; поршня с кольцевым выступом, направленным к передней крышке, делящего полость пневмоцилиндра на поршневую и штоковую полости; штока, шарнирно закрепленного на кольцевом выступе поршня; трехлинейный двухпозиционный распределительный клапан с пневматическим или электроуправлением с подсоединенным к нему источником воздуха под давлением и первой пневмолинией, соединяющей распределительный клапан с отверстием в задней крышке для совершения рабочего хода; глушитель, подсоединенный к пневмолинии выпуска воздуха из штоковой полости, при этом между наружной поверхностью фальш-штока и внутренней цилиндрической поверхностью передней крышки имеется кольцевой канал для выпуска воздуха из штоковой полости в окружающую среду в процессе работы пневмопривода; поршневая полость пневмоцилиндра имеет соединение через трехлинейный двухпозиционный распределительный клапан второй пневмолинией со штоковой полостью - при возвратном ходе поршня со штоком; в пневмолинии выпуска воздуха перед глушителем имеется регулируемый дроссель.
Для удобства сборки и обслуживания пневмоцилиндр имеет второе отверстие для выпуска воздуха из штоковой полости в окружающую среду, при этом пневмолиния выпуска воздуха подсоединена ко второму отверстию.
Для упрощения изготовления передней крышки кольцевой канал между наружной поверхностью фальш-штока и внутренней поверхностью передней крышки является непрерывным.
Для повышения точности осевого движения фальш-штока кольцевой канал является прерывистым и имеет не менее трех перемычек, расположенных равномерно на внутренней поверхности передней крышки.
Для увеличения скорости потока воздуха с целью исключения попадания абразивной пыли внутрь пневмоцилиндра и повышения эффективности ее удаления с поверхности фальш-штока кольцевой канал между наружной поверхностью фальш-штока и внутренней поверхностью передней крышки имеет переменное поперечное сечение, площадь которого уменьшается в направлении к наружному торцу передней крышки.
Данная совокупность отличительных признаков не обнаружена в ходе проведенных патентно-информационных исследований, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна». Поскольку она не следует явно из уровня техники, следовательно, изобретение отвечает критерию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 показана система пневмопривода с электроуправлением распределительным клапаном в исходном перед работой положении поршня со штоком или в конце их возвратного хода.
На фиг. 2 - система пневмопривода с пневмоуправлением распределительным клапаном при рабочем ходе поршня со штоком.
На фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1 при непрерывном кольцевом канале.
На фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 1 при прерывистом кольцевом канале.
На фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 2 при прерывистом кольцевом канале, разделенном тремя перемычками.
Система пневмопривода (фиг. 1, 2) содержит: пневмоцилиндр 1, состоящий из гильзы 2, передней крышки 3 с центральным отверстием 4 для штока 5, задней крышки 6 с установленным на внутренней торцовой поверхности 7 эластичным демпфером 8 и с отверстием 9 для подвода воздуха, поршня 10 с кольцевым выступом 11, направленным к передней крышке 3, с подшипником скольжения 12 и эластичным уплотнением 13 на поверхности, контактирующей с внутренней поверхностью гильзы 2, делящего пневмоцилиндр 1 на поршневую полость 14 (фиг. 1, 2) и штоковую полость 15.
Посредством пальца 16 в кольцевом выступе 11 поршня 10 закреплен шток 5, а на кольцевом выступе 11 поршня 10 закреплен фальш-шток 17.
Соединение крышек 3 и 6 с гильзой 2 может быть выполнено сваркой, закаткой концов гильзы 2 на крышках 3 и 6 (не показано) или с помощью резьбовых соединений или комбинацией сварки или закатки гильзы 2 на крышке 6 и резьбовым соединением гильзы 2 с крышкой 3.
Между передней крышкой 3 и поршнем 10 установлена возвратная пружина 18, обеспечивающая возвратный ход поршня 10 со штоком 5 при выпуске воздуха из поршневой полости 14.
В гильзе 2, в зоне, прилегающей к передней крышке 3, выполнено одно отверстие 19 (фиг. 1) или два отверстия 19 и 19а (фиг. 2) для обеспечения подачи воздуха из поршневой полости 14 в штоковую полость 15 при возвратном ходе поршня 10 со штоком 5. Для исключения попадания абразивной пыли внутрь пневмоцилиндра, обдува поверхности фальш-штока 17 и удаления с его поверхности абразивной пыли, имеющейся в окружающей среде, между наружной поверхностью фальш-штока 17 и внутренней цилиндрической поверхностью передней крышки 3 имеется кольцевой канал 20. Кольцевой канал 20 между наружной поверхностью фальш-штока 17 и внутренней поверхностью передней крышки 3 (фиг. 3) может быть непрерывным с постоянным поперечным сечением (фиг. 1) или иметь переменное поперечное сечение, площадь которого уменьшается в направлении к наружному торцу передней крышки 3 (фиг. 2).
Для повышения точности осевого движения фальш-штока 17 кольцевой канал 20а (фиг. 4) является прерывистым с перемычками 21, расположенными равномерно по внутренней поверхности передней крышки 3, или разделен как минимум тремя перемычками 21а (фиг. 5).
Система пневмопривода включает трехлинейный двухпозиционный распределительный клапан 22 с управлением от электромагнита 23 (фиг. 1) или пневматическим управлением (фиг. 2) от двухлинейного двухпозиционного клапана 22а с управлением от электромагнита 23а с подсоединенным к клапану 22 источником 24 воздуха под давлением; первую пневмолинию 25, соединяющую распределительный клапан 22 с отверстием 9 в задней крышке 6; вторую пневмолинию 26, соединяющую распределительный клапан 22 с отверстием 19 в гильзе 2 в зоне передней крышки 3 для перетекания воздуха из поршневой полости 14 в штоковую полость 15 при возвратном ходе поршня 10 со штоком 5; регулируемый дроссель 27, встроенный в пневмолинию 28 выпуска воздуха из штоковой полости 15, и глушитель 29, подсоединенный за регулируемым дросселем 27.
Поршневая полость 14 пневмоцилиндра 1 соединена через распределительный клапан 22 с источником 24 воздуха под давлением при рабочем ходе (фиг. 2) и со штоковой полостью 15 - при возвратном ходе поршня 10 со штоком 5 (фиг. 1).
Для обеспечения рабочего хода поршня 10 со штоком 5 на вход электромагнита 23 (фиг. 1) или 23а (фиг. 2) подается сигнал от контроллера (не показан); клапан 22 переключается, и в поршневую полость 14 пневмоцилиндра 1 от источника 24 поступает сжатый воздух (фиг. 2). В пневмоцилиндре 1 поршень 10 со штоком 5, преодолевая усилие пружины 18, совершают рабочий ход. Воздух вытесняется из штоковой полости 15 через кольцевой канал 20 и через пневмолинию 28 с регулируемым дросселем 27 и глушителем 29. При снятии напряжения с электромагнита 23 (фиг. 1) или 23а (фиг. 2) распределительный клапан 22 занимает исходное положение. За счет возвратной пружины 18 поршень 10 со штоком 5 совершают возвратный ход (фиг. 1), при котором сжатый воздух из поршневой полости 14 через распределительный клапан 22 и пневмолинии 25 и 26 поступает в штоковую полость 15, выпускается через кольцевой канал 20, тем самым реализуется продувка, исключающая попадание абразивной пыли внутрь пневмоцилиндра 1 и ее оседание на фальш-штоке 17. Обдув фальш-штока 17 воздухом позволяет исключить из конструкции пневмоцилиндра манжетное уплотнение фальш-штока 17, подвергаемое интенсивному изнашиванию в присутствии абразивной пыли и высокой температуры. Часть сжатого воздуха через регулируемый дроссель 27 и глушитель 29 сбрасывается в атмосферу. Дросселем 27 регулируется интенсивность продувки фальш-штока 17 воздухом через кольцевой канал 20 за счет изменения соотношения объемов воздуха, выпускаемых в окружающую среду через кольцевой канал 20 и пневмолинию 28.
Вышеописанная система пневмопривода и конструкция пневмоцилиндра 1 с кольцевым каналом 20 улучшают эксплуатационные характеристики системы пневмопривода при работе в условиях высокой температуры и повышенного содержания абразивной пыли в окружающей среде.