鋁電解多功能機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)及部件的分析與研究

岳金龍++付清宇

摘 要：對電解鋁多功能機(jī)組的機(jī)組結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)以及關(guān)鍵部件進(jìn)行了相應(yīng)的研究與分析，包括電解鋁多功能機(jī)組的機(jī)組組成，載荷組合與橋梁主架等關(guān)鍵部分的分析，以期為電解鋁多功能機(jī)組的應(yīng)用和推廣提供前期的研究基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：鋁電解 多功能機(jī)組 結(jié)構(gòu)組成 載荷 橋梁主架

1、引言

目前國內(nèi)的電解鋁行業(yè)較為發(fā)達(dá)，在大型預(yù)焙電解槽這種高效率裝備出現(xiàn)之后，國內(nèi)個大型的企業(yè)都紛紛將其進(jìn)行引進(jìn)，將其作為企業(yè)競爭最重要的設(shè)備之一，可以極大的提高企業(yè)的生產(chǎn)效率降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。在上述背景下，需要較好的掌握電解鋁多功能機(jī)組的結(jié)構(gòu)組成原理以便于更好的使其正常工作且做好相關(guān)的維護(hù)工作。目前生產(chǎn)電解鋁多功能機(jī)組的企業(yè)主要有法國的ECL公司、德國的NOELL 等公司，這些公司的產(chǎn)品不論是在產(chǎn)品質(zhì)量還是在市場占有率上相對于其他品牌都具有很大的優(yōu)勢。鋁電解多功能機(jī)組在國外相關(guān)方面的研究已經(jīng)相對較為成熟，并且在指導(dǎo)實(shí)踐生產(chǎn)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。而我國對電解鋁多功能機(jī)組的研究起步相對較晚，這嚴(yán)重的阻礙了電解鋁多功能機(jī)組的研究和開發(fā)設(shè)計(jì)以及應(yīng)用推廣等工作。由于涉及到我國較多的從事電解鋁行業(yè)的企業(yè)，因而加強(qiáng)對電解鋁多功能機(jī)組的相關(guān)的研究可以在很大程度上促進(jìn)電解鋁多功能機(jī)組的應(yīng)用推廣，提高整個行業(yè)的生產(chǎn)效率。通過對電解鋁多功能機(jī)組的結(jié)構(gòu)與功能和相關(guān)工作原理的研究能夠在很大程度上促進(jìn)相關(guān)科研人員結(jié)合本國本企業(yè)的實(shí)際情況對上述機(jī)組進(jìn)行改進(jìn)提高企業(yè)的生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的核心市場競爭力。

2、鋁電解多功能機(jī)組結(jié)構(gòu)

鋁電解多功能機(jī)組的大車一般采用的箱軌雙梁橋架結(jié)構(gòu)。主梁和端梁之間通過銷軸進(jìn)行定位，且采用高強(qiáng)度的螺栓進(jìn)行連接，不僅連接性能好且裝配也十分的方便。運(yùn)行采用的6輪支撐，雙邊單向驅(qū)動，采用的是三合一的減速器；并且具有懸掛緩沖裝置，車輪采用的是垂直輪加水平輪導(dǎo)向的方式。并且還具有預(yù)防脫軌的預(yù)防措施。大車主要以下的主要組成部分：包括運(yùn)行機(jī)構(gòu)和橋架以及絕緣葫蘆和各種供氣裝置等。在電解鋁多功能機(jī)組中，工具小車是其核心組成部分，一些關(guān)鍵的處理裝置都安裝在工具小車上，工具小車采用的單輪支撐雙邊單項(xiàng)驅(qū)動方式，其采用的也是三合一的減速器；并且沒有相應(yīng)的緩沖裝置，車輪也是采用的6輪支撐，雙邊單項(xiàng)驅(qū)動的方式，具有運(yùn)行平穩(wěn)較為安靜的特點(diǎn)。并且為了更加安全還安裝了預(yù)防脫軌的裝置。一般將出鋁小車側(cè)掛在主梁之上，并且采用三合一的減速電機(jī)驅(qū)動方式，沿著主梁軌道運(yùn)行。防磁吊鉤與卷筒通過滑輪組進(jìn)行連接，以活動吊鉤—導(dǎo)輪這種方式在垂直導(dǎo)架上進(jìn)行運(yùn)動，通過卷揚(yáng)系統(tǒng)驅(qū)動吊鉤上下運(yùn)動。

3、鋁電解多功能機(jī)組高壓關(guān)鍵部件

3.1載荷結(jié)構(gòu)與組合

在電解鋁的過程中，鋁電解多功能機(jī)組所涉及到的工序比較繁多，載荷設(shè)計(jì)也相對較為復(fù)雜。要結(jié)合機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的工況，來對機(jī)組運(yùn)行的載荷組合進(jìn)行分析。在無風(fēng)工作狀態(tài)下的載荷組合：在機(jī)組處于正常工作的狀態(tài)下，小車處于無約束的情況下會將出鋁小車抬升。用于多功能機(jī)組的小車起升機(jī)構(gòu)，需要對要熔煉的金屬進(jìn)行熔煉，需要具有較高的安全性，應(yīng)該極少出現(xiàn)甚至是不出現(xiàn)突然的卸載情況，在打擊殼進(jìn)行打擊作業(yè)的時(shí)候，會出現(xiàn)相應(yīng)的沖擊載荷。使得在正常工作的情況下，出鋁小車會被抬升。在小車抬升的過程中，存在著許多的剛性的載架，所以需要考慮真空鋁抬包以及其中鋁液的重量。在正常運(yùn)作的過程中，這個時(shí)候鋁多功能機(jī)組會直接在軌道上正常運(yùn)行，尤其是在軌道運(yùn)行連接處所受到的載荷。如果在較為特殊的載荷情況下，且沒有工作狀態(tài)約束的情況下，鋁電解多功能機(jī)組可以對真空抬鋁包進(jìn)行迅速的提升。這個時(shí)候車間的溫度在—10℃～+60℃，可以忽略對溫度的影響。根據(jù)鋁電解多功能機(jī)組的相關(guān)的操作規(guī)范，在動態(tài)運(yùn)作的過程中，實(shí)驗(yàn)中起升的載荷是正常工作狀態(tài)下載荷的1.1倍，在實(shí)驗(yàn)中要對工具小車、出鋁小車、電動葫蘆進(jìn)行聯(lián)動。由于出鋁小車的起升裝置中存在剛性導(dǎo)架，并且考慮到了真空鋁抬包以及其中鋁液的重量，在額定的起升狀態(tài)下，同時(shí)要考慮到緩沖碰撞所引起的載荷，同時(shí)需要考慮傾翻水平力所引起的載荷。在上述額定的載荷狀態(tài)下，要針對各種可能出現(xiàn)的不同工況來對上述載荷進(jìn)行分析。重點(diǎn)是考慮抬升包以及其內(nèi)部的液體的重量，要考慮大小運(yùn)行機(jī)構(gòu)同時(shí)失效的情況下載荷的變化。而不考慮由于外部的不可控因素所引起的載荷的變化，以及在安裝和拆卸過程中所引起的載荷的變化。

3.2橋架主梁

在雙梁橋架中主梁的寬度相對較大，難以對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，通過對結(jié)果的質(zhì)量和實(shí)際情況的分析，難以將其作為實(shí)體進(jìn)行建模，因而采用面單元進(jìn)行建模的方式來對其進(jìn)行分析，其中主要的材料部分為Q345，忽略其他組成部分的材料組成，可以將材料屬性均定義為Q345。在溫度恒定的情況下，鋼材的應(yīng)力應(yīng)變曲線隨著溫度的升高而會發(fā)生相應(yīng)的變化，在溫度較高的情況下其彈性塑性性質(zhì)將會變得十分的明顯，在對其進(jìn)行分析的過程中需要考慮到這種特性，材料的參數(shù)如下表所示：

在所建立的模型中，其中鋼板厚度的最小值為14毫米，在進(jìn)行網(wǎng)格參數(shù)確定的過程中按照標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)格來進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。所設(shè)置單元個數(shù)為19252個，其中節(jié)點(diǎn)數(shù)一共有39841個。通過仿真分析所得到的分析結(jié)果與實(shí)際的情況存在一定的差距，尤其是對于約束附近的相關(guān)計(jì)算結(jié)果，通過對所有的單元進(jìn)行相關(guān)的圖表統(tǒng)計(jì)可以得到如下表所示的結(jié)果：

從上數(shù)的分析結(jié)果來看在三梁橋架結(jié)構(gòu)中，主梁I受力較為均勻而梯度較小，對材料的利用相對較為合理。但是在雙梁橋架中主梁的受力增加，應(yīng)力也會在一定程度上增加，然而也在可承受的范圍內(nèi)。對于形變的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看與工況基本符合，出鋁小車的一側(cè)垂直方向上的位移較大而水平方向上的位移同時(shí)也較大。安全系數(shù)對應(yīng)著材料的屈服，當(dāng)安全系數(shù)大于1的時(shí)候，說明材料沒有出現(xiàn)屈服的現(xiàn)象，當(dāng)安全系數(shù)等于1的時(shí)候同樣沒有出現(xiàn)屈服，當(dāng)安全系數(shù)大于1.5的時(shí)候在連接處出現(xiàn)了稍微偏離實(shí)際情況的安全系數(shù)，但是從整體上來看安全系數(shù)的分布還是較為均勻也就是設(shè)計(jì)相對較為合理，能夠有效的利用材料本身的性能。

4、結(jié)語

通過對鋁電解多功能機(jī)組的研究，可以填補(bǔ)我國在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的研究空白，增加我國在相關(guān)方面的理論與技術(shù)的積累，為多功能電解鋁機(jī)組在我國企業(yè)中的應(yīng)用和推廣奠定扎實(shí)研究基礎(chǔ)，為保障電解鋁多功能機(jī)組的正常的運(yùn)行以及后期的維護(hù)提供技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)

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