电解槽清渣装置及液压系统设计

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Design of the Clear Cell Slag Device and Hydraulics SystemxU Ping .WANG Jianxin .WANG Xiujun(1.Mechanical Engineering School，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou Inner Mongolia 014010，China；2.Engineering Training Center，Inner Mongolia University of Science and Technology ，Baotou Inner Mongolia 014010.China)Abstract：Clear cell slag device is the auxiliary equipment of aluminum plant production.The structure of an aluminum clearcell slag device and the principle of its hydraulic system were introduced.Through analyzing system working condition，a correspondinghydraulic system was designed，and the component selection was completed.Using the system，not only material resource is saved，butalso the air pollution and noise are reduced.With the characteristics of reasonable design，reliable performance，compact structure，high eficiency and easy to operation.the system meets the requirements of corresponding industry。

Keywords：Clear cell slag device；Hydraulic system当前，大多数铝厂普遍采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法，以冰晶石 -氧化铝为电解质，炭素材料为两极，强大的直流 电由阳极导入，经过 电解质与铝液层，而后 从 阴极 导 出 回到 电源 ，在 过 程 中分 离A1 O，，获得液态单质铝。达到-定量后，再从电解槽中抽出原铝，处理后获得商品铝锭 ，副产物废渣沉淀于电解槽中。为使生产正厨行，-段时间后，必须将电解槽中废渣清除干净。这-工作由工人手工完成，劳动强度大，工作环境恶劣，效率低下。为改变现状，设计了用液压系统驱动的清渣装置。

1 总体方案设计完成清渣工作需废渣松动、清运两大工序。废渣沉淀凝固后有-定的强度，拟采用旋转的铣削头来完成废渣松动；清运工序用铲车将铣削松动的废渣，铲运到电解槽外涂的汽车上运走，整套装置采用液压系统驱动〖虑到现尺体情况，液压系统分为液压站和主液压系统两部分。工作时除液压站外，包含液压主系统的其他装置用起重机吊装至电解槽上，完成清渣工作。铣削头的旋转运动由液压马达驱动，上升、下降由液压缸带 ；铲斗的铲渣、倾倒、上升、下降分别由两组液压缸带动。为使铣削头、铲斗完成整个电解槽的清理工作，将铣削头组件、铲车安装在能够纵向平移的小车上，小车组件安装在能够横向平移的大车上 。利用装在大车、小车上的液压马达驱动大车、小车在 兰兰 大手轨道其轨道上运动，实现铲车的横向、纵向平移 ，大 车小 车运行情况如 图 1所示 。为避免工作现场温度高、粉尘量大损坏设 备，加装-套水雾化装置，达到降温、除尘功效。

2 液压系统设计大车小车轨道小车轨道小车 大车轨道图1 大车小车运行示意图液压系统包括液压站和主液压系统。通过快装插头进行联接。

2.1 液 压站电解槽清渣装置属铝厂生产的辅助设施〖虑到收稿 日期：2012-05-04作者简介：徐平 (1962-)，女，高级实验师，研究方向为流体传动与控制。E-mail：Phenix###imust.CB。

· 76· 机床与液压 第41卷工作环境温度高、清渣过程中粉尘量大，为了不影响正常生产，从安全、经济角度出发，将液压站设计成封闭式、可运动 、快装式泵站 。根据系统工作要求，采用轴向柱塞泵 Q160PCY14.1B提供动力，系统工作压力20 MPa，系统最大工作流量218 L/min J。

油箱为半封闭式，配备油温、液位、滤油器堵塞报警系统，用-套水冷却装置及雾化喷头对其防尘罩及外壁强化冷却。油箱底部除了装有4个刚性可伸缩支撑外，还有4个轮子。工作时，将刚性支撑旋出，与地面接触 ，如图 2所示，以保证液压站平稳工作。需要移动时，将刚性支撑旋 轮离地面，方便移动。液压站设有-套开关盒，包含电气部分、液压部分、冷性撑篓 的篓 式接头，便图2油箱底部支撑与轮子 于联接、 拆卸。 - ～2.2 主液压 系统该系统主要控制铣削头完成废渣松动、控制铲车.2 11.]。--1广 。；3DT7.1：4DT I I 5DT扭T9.3l2.1l l囱l2.2i7DT：I7.3完成废渣清运工作。

2.2.1 铣削头运动的实现与控制实现废渣松动，液压系统需要控制铣削头完成旋转、上下直线运动和两个水平方向的直线移动。系统原理如图3所示 。阀7.3的电磁铁 6DT通电，油液经电液换向阀7.3、液控单向阀 12.1、单向节流阀9.3，到达铣削头升降缸13上腔，活塞杆带动铣削头下降；当铣削头下降至与废渣面接触时，阀7.4的电磁铁8DT通电，油液经电液换向阀7.4、单向节流阀9.4，到达铣削头马达 16，带动铣削头旋转铣削，松动废渣；铣削头垂直铣削至电解槽底时，阀7.5的电磁铁 10DT通电，油液经调速阀 14.1，电液换向阀7.5，到达小车马达 17，带动小车在轨道上平移，进行水平纵向铣削；纵向铣削至槽壁时，阀7.5断电，阀7.6的电磁铁 12DT通电，油液经电液换向阀 7.6、到达大车马达 18，带动大车水平横向铣削；直至整个电解槽废渣全部松动，阀7.4、7.5、7.6电磁铁断电，阀7.3电磁铁 7DT通电，铣削头在油缸 13带动下回到原位。

D：-1 r ：： l! !l5.4 嗣l1DT ：] ! 6r；。1i：12DTI.. 14.2I因 Il3DT：l-油箱 2-滤油器 3-液压泵 4、15溢流阀 5-压力表6-减压阀 电磁换向阀 8单向顺序阀 9单向节流阀1O-铲除升降缸 n-铲除侧翻缸 l2-液控单向阀 1 主切削升降缸 14-可调节流阀 16-主切削马达 l7-小车运行马达 18大车运行马达图 3 主液压系统原理图2.2.2 铲车运动的控制松动后的废渣，采用安装在移动小车上的铲车完成清运至电解槽外汽车上的工作。为此，铲车需要完成：铲斗下降-铲斗倾翻、装渣-铲斗回位-铲斗提升-铲车纵向平移-铲车横向平移-铲斗倾倒-铲车纵向平移-铲车横向平移-回到装渣位置等动作。相应液压系统原理如图 3 ，阀 7.1的电磁铁 2DT通电，油液经电液换向阀7.1、单向节流阀9.1，到达铲车升降缸 10.1、10.2上腔，活塞杆带动铲斗下降；铲斗下降至接触电解槽底部时，阀7.2的电磁铁5DT：2 -：2 - -第 l4期 徐平 等：电解槽清渣装置及液压系统设计 ·77·通电，油液经电液换向阀7.2、单向节流阀9.2，到达铲车倾翻缸11.1、11.2下腔，使铲斗倾翻，阀7.5的电磁铁10DT通电，油液经调速阀 14.1、电液换向阀7.5到达小车马达 l7，带动小车在轨道上平移，铲斗装渣；装满后，阀7.5的电磁铁 10DT断电，阀7.2的电磁铁5DT断电，4DT通电，油液经电液换向阀7.2、平衡阀8.2，到达铲车倾翻缸 11.1、11.2上腔，使铲斗回位；阀7.1的电磁铁2DT断电，3DT通电，油液经电液换向阀7.1、平衡阀 8.1到达铲车升降缸10.1、10.2下腔，活塞杆带动铲斗提升。通过电液换向阀7.5、7.6的通、断电，控制大车、小车的运行，完成废渣清运。

2.3 液压元件选择根据已知参数，通过计算选取主要控制元件型号 ，见表 1 -9]。

表 1 系统的组成元件3 电解槽清渣装置液压系统特点该液压系统采用高压、大流量恒功率变量泵向系统供油，可以节省能量。利用液控单向阀形成的液压锁、管道和油液的弹性变形实现铣削头铣削过程的双向保压，用远控平衡阀防止铲车纵向、横向平移时，因铲斗中废渣重力和自重而自行下落 。采用双溢流阀来实现双向制动，当换向阀回中位时，马达在惯性的作用下，使-N压力升高，此时靠每侧的溢流阀限压，减缓液压冲击。马达制动过程中另-侧呈负压状态，由溢流阀限压时溢流出的油液进行补充，从而实现马达制动。驱动铲斗倾翻、升降的两个液压缸用刚性梁在两个液压缸的活塞杆之间实现刚性连接 ，以实现位移的同步。速度调节采用节流方式，结构简单，易于调节。回路中选用Y型机能的换向阀，当执行元件处于预定停留位置时，换向阀中位 ，液控单向阀、平衡阀控制油口经过换向阀中位直接和油箱相通，控制压力充分卸荷，液控单向阀反方向截止，液压缸锁紧可靠。该液压系统的所有液压阀均采用板式连接，安装在液压集成块上，方便装配、调整、更换、维修。整套系统采用PLC控制，操作简单，易于控制，安全可靠。经过测算，采用液压系统做动力的清渣装置，只需 8 h就能完成长 10.2 m，宽 4.6 m的电解槽清渣工作。

4 结束语从铝厂电解槽清渣的实际情况出发，通过分析工况，设计出相应的液压系统完成各执行元件的驱动控制。该系统具有设计方案合理、结构紧凑、效率高、操作简便、安全可靠等特点，满足了使用厂各方面要求，获得-致好评，将工人从繁重的劳动中解脱出来，实现机械化操作，既节省了人力物力，又降低了空气污染和噪声。