УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ КОРКИ ЭЛЕКТРОЛИТА В ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАХ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2008 года по МПК C25C3/10 C25C3/14 

Предлагаемое изобретение относится к средствам механизации электролитического производства алюминия.

При получении алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов на поверхности расплава в пространстве «борт-анод» образуется твердая корка, которую периодически необходимо разрушать согласно требованиям ведения 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, в котором рама установлена сбоку тележки, стрела смонтирована на раме и выполнена с возможностью выдвижения вперед посредством поворотных штанг, центры вращения поворотных штанг в верхней части смещены относительно друг друга по вертикали, на свободном конце стрелы установлено отбойное приспособление, выполненное в виде трансмиссионного пружинного вибромолота, состоящего из вибровозбудителя, установленного на свободном конце подпружиненной поворотной балки, гидромотора и пики, при этом упругая связь между вибровозбудителем и стрелой выполнена в виде пружины.

Во втором варианте исполнения вышеописанного устройства отбойное приспособление выполнено в виде трансмиссионного пружинного вибромолота, состоящего из вибровозбудителя, выполненного двухвальным, на котором асимметрично расположены дебалансы, и узлов соединения, состоящих из направляющих штанг, пружин, втулок и стопорного устройства, при этом упругая связь между вибровозбудителем и пикой осуществляется посредством направляющих штанг и пружин (патент РФ № 2128248, С25С 3/14,1997 г.) [1]).

В известном устройстве стрела, на которой установлено отбойное приспособление с пикой на конце, снабжена механизмами подъема, опускания, продольного выдвижения, а также механизмом поворота вокруг своей оси, что расширяет технологические возможности устройства при обработке корки электролизера. Однако 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 разрушения корки электролита на электролизерах для получения алюминия, содержащее самоходную тележку, рабочий орган, выполненный с возможностью подъема и опускания, и вибратор, в котором рабочий орган выполнен в виде стрелы, установленной на тележке, на которой шарнирно закреплена подпружиненная поворотная балка с отбойным приспособлением в виде фрезы (или пики, или трамбовки) на свободном ее конце, а вибратор выполнен в виде трансмиссионного вибровозбудителя и установлен на балке сверху, при этом отбойное приспособление выполнено с возможностью выдвижения перпендикулярно ходу устройства шарнирно, а привод отбойного приспособления выполнен в виде гидропривода (патент РФ № 2116385, С25С 3/14, 1998 г.) [2].

Рабочий орган известного устройства снабжен механизмами подъема, опускания и шарнирного выдвижения перпендикулярно ходу устройства, обеспечивающими обработку (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.

По технической сущности, наличию сходных признаков данное устройство принято в качестве ближайшего аналога для предлагаемого решения.

Задачей предлагаемого решения является повышение эффективности работы устройства для пробивки корки.

Техническими результатами является повышение маневренности установки, расширение технологических возможностей устройства для пробивки корки.

Технические результаты достигаются тем, что в устройстве для разрушения корки электролита в электролизерах для получения алюминия, содержащем шасси с кабиной управления, снабженном механизмом подъема и опускания стрелы, несущей отбойное приспособление, и механизмом выдвижения стрелы в направлении, перпендикулярном ходу шасси, шасси снабжено силовой рамой, на которой жестко закреплено основание, снабженное механизмом поворота стрелы в горизонтальной плоскости, выполненным в виде поворотного стола, на котором установлен жесткий металлический корпус с несущей стрелой и отбойным приспособлением, при этом механизм выдвижения стрелы в направлении, перпендикулярном ходу устройства, снабжен двумя направляющими, по которым перемещается корпус стрелы с отбойным приспособлением, а механизм подъема и опускания стрелы выполнен в виде коромысла, одно плечо которого соединено со штоком гидроцилиндра, а второе соединено с несущей стрелой посредством вилки, снабженной в верхней части не менее чем двумя демпферными пружинами, при этом несущая стрела дополнительно снабжена механизмом поворота вокруг своей продольной оси.

Кроме того:

- механизм поворота несущей стрелы вокруг своей продольной оси может быть выполнен в виде опорной оси, установленной в корпусе, причем ось одним концом шарнирно соединена со стрелой, а другим посредством жестко закрепленного на оси рычага шарнирно соединена со штоком гидроцилиндра;

- корпус стрелы может перемещаться по направляющим на роликах;

- поворотный стол может быть снабжен прокладками из материала с низким коэффициентом трения, например из текстолита;

- основание может быть выполнено в виде равнобедренной трапеции;

- кабина управления может быть снабжена защитным экраном.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем. Маневренность, малые габариты предлагаемого устройства для разрушения корки электролита обеспечены рациональной компоновкой всех узлов и механизмов на основании силовой рамы. Расширение технологических возможностей устройства достигается установкой дополнительных механизмов, обеспечивающих изменение пространственного положения стрелы с отбойным приспособлением. Механизм поворота стрелы в горизонтальной плоскости, выполненный в виде поворотного стола, позволяет оперативно регулировать положение пробойника в пространстве «борт-анод». Механизм поворота стрелы вокруг своей продольной оси, выполненный в виде опорной оси, установленной в корпусе и соединенной со стрелой и штоком гидроцилиндра, позволяет оперативно регулировать угол атаки пробойника. Наличие таких дополнительных механизмов позволяет производить обработку корки в труднодоступных местах, например в местах установки систем АПГ.

Механизмы пространственного изменения положения рабочего органа приводятся в действие системой гидроцилиндров. Наличие в механизме подъема и опускания стрелы демпферных пружин, наличие шарнирных соединений стрелы с механизмами ее пространственного перемещения позволяют практически устранить передачу вибрации на кабину для управления, а также увеличить срок межремонтной эксплуатации устройства.

Сравнение предлагаемого устройства с ближайшим аналогом выявило наличие ряда сходных признаков:

- оба устройства предназначены для разрушения корки электролита в электролизерах для получения алюминия;

- оба устройства перемещаются вдоль борта электролизера на шасси с кабиной управления;

- оба устройства снабжены механизмом подъема и опускания стрелы;

- оба устройства снабжены механизмом выдвижения стрелы в направлении, перпендикулярном ходу шасси.

Предлагаемое решение характеризуется следующими отличными от ближайшего аналога признаками:

- шасси снабжено силовой рамой с основанием, в пределах которого смонтированы как стрела с отбойным приспособлением, так и все узлы и механизмы пространственного перемещения стрелы, при этом основание может быть выполнено в виде равнобедренной трапеции;

- устройство снабжено механизмом поворота стрелы в горизонтальной плоскости, выполненным в виде поворотного стола, установленного на основании, при этом стол может быть снабжен прокладками из материала с низким коэффициентом трения, например из текстолита;

- несущая стрела снабжена механизмом поворота вокруг своей продольной оси, который может быть выполнен в виде опорной оси, установленной в корпусе, причем ось одним концом шарнирно соединена со стрелой, а другим, посредством жестко закрепленного на оси рычага, шарнирно соединена со штоком гидроцилиндра;

- механизм выдвижения стрелы состоит из двух направляющих, установленных на поворотном столе и по которым перемещается корпус, со стрелой и отбойным приспособлением, при этом корпус может перемещаться на роликах;

- механизм подъема и опускания стрелы выполнен в виде коромысла, одно плечо которого соединено со штоком гидроцилиндра, а второе соединено с несущей стрелой посредством вилки, снабженной в верхней части не менее чем двумя демпферными пружинами.

Предлагаемое техническое решение характеризуется признаками, как сходными с признаками ближайшего аналога, так и отличительными признаками, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с известными решениями в данной области техники, выявленными в процессе поиска по патентной документации, показывает следующее.

1. Касается признака - наличие силовой рамы и ее размещение.

Известна установка стрелы с закрепленным на ней отбойным приспособлением на вертикальной шарнирной раме, установленной сбоку самоходной тележки и являющейся частью механизма пространственного перемещения стрелы с отбойным приспособлением [1].

В предлагаемом решении рама на шасси является жестким силовым элементом, на котором монтируются все узлы и механизмы, при этом рама установлена горизонтально.

2. Касается признака - механизм подъема и опускания стрелы.

Известно выполнение механизма подъема и опускания стрелы с использованием шарнирных соединений и привода в виде гидроцилиндра [1].

Известно устройство для пробивки корки электролита алюминиевого электролизера, выполненное в виде шарнирно-рычажного механизма с гидроприводом и пневмоударником, установленное на самоходной тележке со стойкой, в котором шарнирно-рычажный механизм выполнен из двух снабженных автономным гидроприводом параллелограммов, один из которых подвешен к верхнему торцу стойки, а пневмоударник укреплен на свободном конце второго параллелограмма. Подъем и опускание стрелы осуществляются шарнирно-рычажным механизмом при помощи гидроцилиндров (а.с. СССР № 624960, С25С 3/14, 1978 г.) [3].

Известно устройство для разрушения корки электролита в электролизерах для получения алюминия, включающее самоходную тележку с установленной на ней стрелой, выполненной с возможностью ее подъема и опускания и снабженной отбойным приспособлением, в котором стрела снабжена механизмом для обеспечения ее вращения и/или перемещения относительно продольной оси и оси, перпендикулярной ей. Подъем и опускание стрелы осуществляются при помощи подъемного механизма автопогрузчика, на базе которого смонтировано устройство (патент СССР № 639460, С25С 3/14, 1978 г.) [4].

Известно устройство для прорезки периферии самообжигающегося анода алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, содержащее самоходную тележку, стрелу, выполненную с возможностью подъема и опускания и шарнирного выдвижения перпендикулярно ходу тележки, установленную на тележке, и рабочий орган, выполненный в виде ножа, установленный на стреле и имеющий поворотный механизм для изменения угла приложения в вертикальной плоскости, при этом рабочий орган имеет механизм разворота вокруг своей оси, устройство снабжено платформой, выполненной с возможностью перемещения по оси, параллельной ходу устройства, на которой закреплена стрела с рабочим органом. Подъем и опускание стрелы осуществляются шарнирно-рычажным механизмом при помощи гидроцилиндров (патент РФ №2167959 С25С 3/10, 2001 г.) [5].

В предлагаемом решении при наличии шарнирных соединений и гидроцилиндра компоновка механизма подъема и опускания стрелы имеет принципиальное конструктивное отличие, а именно выполнено в виде коромысла, одно плечо которого соединено со штоком гидроцилиндра, а второе соединено с несущей стрелой посредством вилки, снабженной в верхней части не менее чем двумя демпферными пружинами. Такое выполнение механизма предотвращает передачу вибрационного воздействия от отбойного приспособления на механизмы устройства и шасси.

3. Касается признака - механизм выдвижения стрелы.

Известно выполнение механизма выдвижения стрелы в направлении электролизера в виде шарнирно-рычажной системы, снабженной гидроцилиндром [1, 3].

Известен телескопический механизм выдвижения стрелы, состоящей из двух частей, приводимый в движение гидроцилиндром [4].

Известно выполнение механизма перемещения стрелы по оси, параллельной ходу устройства, в виде платформы с закрепленной на ней стрелой с рабочим органом, перемещающейся при помощи гидроцилиндра по двум направляющим штокам, жестко закрепленным на раме шасси [5].

В предлагаемом решении выдвижение стрелы в направлении, перпендикулярном ходу шасси, осуществляется перемещением корпуса, на котором установлена стрела, по двум направляющим на опорно-упорных роликах с помощью гидроцилиндра.

4. Касается признака - механизм поворота стрелы вокруг ее продольной оси.

Известно устройство, снабженное механизмом поворота стрелы с отбойным приспособлением вокруг продольной оси стрелы. Стрела вращается, как целое, в кронштейне посредством гидроцилиндра [4].

Известно выполнение механизма поворота рабочего инструмента вокруг своей оси в виде поворотного гидродвигателя и зубчатой пары [5].

В предлагаемом устройстве механизм поворота стрелы вокруг своей продольной оси выполнен в виде опорной оси, установленной в корпусе, на котором размещена стрела с отбойным приспособлением, причем ось одним концом шарнирно соединена со стрелой, а другим, посредством жестко закрепленного на оси рычага, шарнирно соединена со штоком гидроцилиндра. Наличие такого механизма изменения положения отбойного приспособления также увеличивает технологические возможности устройства, позволяет производить обработку корки в труднодоступных местах, например в местах установки бункеров для систем АПГ.

5. Касается признака - механизм поворота стрелы в горизонтальной плоскости.

Известно выполнение поворотной платформы с размещенной на ней стрелой в самоходном средстве для обслуживания электролизера для получения алюминия (патент СССР № 1838452, С25С 3/14, 1993 г.) [6].

Предлагаемое устройство также снабжено механизмом поворота стрелы в горизонтальной плоскости, выполненным в виде поворотного стола, что расширяет технологические возможности устройства, позволяет производить обработку сектора корки без перемещения шасси и перенастройки рабочего органа. Но в предлагаемом решении поворотный стол является одновременно и опорным элементом механизма выдвижения стрелы.

Вышеизложенный сравнительный анализ и наличие в предлагаемом решении неизвестных признаков, использование которых в совокупности с известными признаками позволяет получить более высокие технико-экономические результаты, выражающиеся в значительном расширении технологических возможностей устройства, повышении эффективности работы и повышении срока его службы, позволяют сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

Предлагаемое устройство для разрушения корки электролита в электролизерах для производства алюминия состоит (фиг.1 и 2) из шасси 1 с кабиной управления 2, силовой рамы 3, закрепленной на шасси 1, основания 4, установленного на раме 3 и выполненного в виде равнобедренной трапеции, на котором установлен поворотный стол 5, снабженный втулкой 6 и прокладками из текстолита 7. На поворотном столе 5, снабженном гидроцилиндром 8, установлены направляющие 9, по которым, например, на роликах 10 при помощи гидроцилиндра 11 перемещают жесткий металлический корпус 12, на котором закреплена несущая стрела 13, соединенная с вилкой 14, снабженной демпферными пружинами 15. Вилка 14 коромыслом 16 соединена со штоком гидроцилиндра 17, осуществляющим подъем и опускание стрелы 13. На стреле 13 закреплено отбойное приспособление 18, на конце которого закреплена пика 19. Стрела дополнительно снабжена механизмом поворота вокруг своей продольной оси, который может быть выполнен в виде установленной в корпусе 12 опорной оси 20, один конец которой шарнирно соединен со стрелой 13, а другой посредством жестко закрепленного на оси рычага 21 шарнирно соединен со штоком гидроцилиндра 22. Кабина управления может быть снабжена защитным экраном 23.

Устройство работает следующим образом.

Шасси располагают параллельно продольному борту обрабатываемого электролизера. Жесткий металлический корпус 12 с закрепленной на нем стрелой 13 с отбойным приспособлением 18 по направляющим 9 на роликах 10 с помощью гидроцилиндра 11 выдвигают в направлении, перпендикулярном ходу шасси, до рабочего положения. При помощи гидроцилиндра 17 опускают стрелу 13 и пику 19 на корку и производят ее разрушение. Для изменения угла атаки пики 19 приводят в действие механизм поворота несущей стрелы вокруг своей продольной оси с помощью гидроцилиндра 22. При помощи гидроцилиндра 8 производят поворот стола 5 влево или вправо, что обеспечивает возможность обработки корки электролита в любой точке пространства «борт-анод».

Предлагаемое устройство успешно проходит опытно-промышленные испытания на Волгоградском алюминиевом заводе.

Изобретение относится к средствам механизации электролитического производства алюминия, в частности к устройству для разрушения корки электролита в электролизерах для производства алюминия. Устройство содержит шасси с кабиной управления, силовую раму, основание, выполненное в виде равнобедренной трапеции, на котором установлен поворотный стол с втулкой, соединенной с основанием и прокладками, расположенными между основанием и столом. Поворот стола осуществляется при помощи гидроцилиндра. Стол также снабжен направляющими, по которым, например, на роликах при помощи гидроцилиндра перемещают корпус, на котором закреплена несущая стрела, соединенная с вилкой, снабженной демпферными пружинами, и с коромыслом, соединенным со штоком гидроцилиндра, осуществляющим подъем и опускание стрелы. На стреле закреплено отбойное приспособление, на конце которого закреплена пика, и стрела дополнительно снабжена механизмом поворота вокруг своей продольной оси, который может быть выполнен в виде опорной оси, установленной в корпусе, причем ось одним концом шарнирно соединена со стрелой, а другим - посредством жестко закрепленного на оси рычага шарнирно соединена со штоком гидроцилиндра. Кабина управления может быть снабжена защитным экраном. Обеспечивается расширение технологических возможностей устройства за счет установки дополнительных механизмов, обеспечивающих изменение пространственного положения стрелы с отбойным приспособлением и возможность производить обработку корки в труднодоступных местах, например в местах установки систем АПГ. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для разрушения корки электролита в электролизерах для получения алюминия, содержащее шасси с кабиной управления, механизм подъема и опускания несущей стрелы с отбойным приспособлением и механизм выдвижения стрелы в направлении, перпендикулярном ходу шасси, отличающееся тем, что шасси снабжено силовой рамой, на которой жестко закреплено основание, снабженное механизмом поворота стрелы в горизонтальной плоскости, выполненным в виде поворотного стола, на котором установлен жесткий металлический корпус с несущей стрелой и отбойным приспособлением, при этом механизм выдвижения стрелы в направлении, перпендикулярном ходу шасси, снабжен двумя направляющими, по которым перемещается корпус стрелы с отбойным приспособлением, а механизм подъема и опускания стрелы выполнен в виде коромысла, одно плечо которого соединено со штоком гидроцилиндра, а второе - соединено с несущей стрелой посредством вилки, снабженной в верхней части не менее чем двумя демпферными пружинами, причем несущая стрела дополнительно снабжена механизмом поворота вокруг своей продольной оси.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм поворота несущей стрелы вокруг своей продольной оси выполнен в виде опорной оси, установленной в корпусе, причем ось одним концом шарнирно соединена со стрелой, а другим - посредством жестко закрепленного на оси рычага шарнирно соединена со штоком гидроцилиндра.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поворотный стол снабжен прокладками из материала с низким коэффициентом трения, например из текстолита.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус стрелы перемещается по направляющим на роликах.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основание выполнено в виде равнобедренной трапеции.6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кабина управления снабжена защитным экраном.