УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОБИВКИ КОРКИ Российский патент 2015 года по МПК C25C3/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для пробивки корки на расплаве металла, в частности на расплаве алюминия, содержащему пневмоцилиндр, имеющий корпус пневмоцилиндра, поршень, установленный с возможностью осевого перемещения внутри корпуса, и шток, закрепленный на поршне и выведенный через отверстие на конце корпуса с возможностью перемещения штока между крайним выдвинутым и крайним втянутым положениями при осевом перемещении поршня. Кроме того, устройство содержит электронный блок управления и клапанную систему, управляемую электронным блоком управления и связанную рабочими линиями с подпоршневой и надпоршневой камерами внутри корпуса пневмоцилиндра.

Уровень техники

Устройства для пробивки корки, относящиеся к упомянутому выше типу, обычно применяются при изготовлении алюминия в алюминиевой промышленности. В ходе этих процессов алюминий помещается в емкость с подогревом для получения расплава. При этом на поверхности расплава алюминия образуется корка. Для получения возможности добавления алюминия и/или присадок в расплав эту корку необходимо время от времени пробивать. Пробивание корки производится посредством устройства для пробивки, которое обычно монтируется над емкостью. Устройство для пробивки корки содержит пневмоцилиндр со штоком, закрепленным на поршне, помещенном в цилиндр с возможностью осевого перемещения внутри него с целью перемещения штока поршня между крайними выдвинутым и втянутым положениями, в результате чего происходит пробивание корки. Для облегчения пробивания корки шток поршня может быть оснащен пробойником, например долотом или кайлом. После пробивания корки шток поршня возвращается в положение втягивания.

Для приведения в действие устройства для пробивки корки осуществляется заполнение сжатым воздухом надпоршневой или подпоршневой камеры пневмоцилиндра через клапанную систему, связанную с источником сжатого воздуха, в то время как из другой камеры воздух, соответственно, удаляется. Давление, возрастающее в камере, заполняемой сжатым воздухом, воздействует на поршень, что приводит к перемещению последнего. Вследствие этого и в зависимости от направления осевого перемещения поршня происходит выдвигание или втягивание штока поршня. Для обеспечения возможности переключения направления осевого перемещения поршня после достижения последним крайнего положения клапанная система соединена с блоком управления, контролирующим положение поршня и соответствующим образом управляющим клапанной системой.

В патенте US 6436270 описаны способ и устройство для управления движением долота-пробойника в установке для производства алюминия, в которых пробивание корки регистрируется посредством цепи переменного тока, когда долото входит в контакт с расплавом металла. Процесс протекает с преобладанием многоамперного тока и в присутствии постоянного тока меньшей силы между емкостью, содержащей расплав алюминия и служащей в качестве катода, и анодом, так что между долотом и расплавом металла возникает электрический контакт, когда долото пробивает корку. При этом корка выступает в качестве электрического изолятора, препятствующего электрическому контакту до тех пор, пока долото не достигнет расплава. После регистрации электрического контакта блок управления переключает подачу сжатого воздуха к цилиндру, в результате чего долото очень быстро вытягивается из расплава, не перенося с собой значительного количества тепла. Благодаря этому сводится к минимуму вредный нагрев пневмоцилиндра, что, в свою очередь, снижает затраты на техническое обслуживание и ремонт. Хотя описанные способ и устройство и обеспечивают пробивание корки долотом, они, тем не менее, не позволяют определить фактическое положение долота (и, следовательно, поршня), поскольку уровень расплава в емкости и/или толщина корки могут варьироваться.

В публикации заявки на изобретение US 2009/0078110 описана пневматическая приводная система, включающая ведомый узел с возможностью осевого перемещения и управляющие клапанные средства, оснащенные исполнительными средствами, которые приводятся в действие в зависимости от положения ведомого узла. Исполнительные средства приводятся в действие, когда ведомый узел достигает своего крайнего положения или незадолго до этого, если управляющие клапанные средства включены в другом рабочем режиме. Исполнительные средства, связанные с управляющими клапанными средствами, в предпочтительном варианте выполнены в виде механических чувствительных элементов, установленных непосредственно на корпусе привода или внутри него. Они содержат по меньшей мере один толкатель, установленный в опоре с возможностью перемещения и вдвигающийся внутрь по мере движения ведомого узла, так что при осевом перемещении ведомого узла в крайнее положение он сталкивается с чувствительным элементом, вызывая переключение управляющего клапанного средства. Кроме того, предлагается использовать чувствительный элемент, приведение в действие которого не требует механического контактирования с ведомым узлом, например герконовый переключатель или другой датчик положения. В этом случае переключение управляющего клапанного средства осуществляется посредством электрического сигнала. Однако описанные в данном документе чувствительные элементы содержат конструктивные детали (например, толкатель, установленный в опоре с возможностью перемещения, или датчики, приводимые в действие электрическим сигналом), которые, в частности, являются восприимчивыми к износу и помехам при работе в неблагоприятных условиях, имеющих место, например, при производстве алюминия.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для пробивки корки упомянутого выше типа, содержащего средства определения положения, менее восприимчивые к износу и помехам. Данная задача решается посредством устройства для пробивки корки, охарактеризованном в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в пунктах формулы изобретения, дополнительных к пункту 1.

Предлагаемое в настоящем изобретении устройство для пробивки корки содержит по меньшей мере одну металлическую пластину, неподвижно установленную внутри корпуса пневмоцилиндра и определяющую крайнее положение поршня и штока. Металлическая пластина и поршень электрически связаны с блоком управления таким образом, что вхождение поршня в контакт с металлической пластиной вызывает замыкание электрической цепи, сигнализирующей блоку о достижении поршнем и штоком поршня крайнего положения. После обнаружения электронным блоком управления достижения поршнем и штоком поршня крайнего положения в предпочтительном варианте происходит переключение клапанной системы на другой рабочий режим. Если, например, в результате вхождения поршня в контакт с металлической пластиной, ограничивающей подпоршневую камеру, блок управления установит, что поршень/шток поршня достиг своего полностью выдвинутого положения, то клапанная система переключается в рабочий режим подачи сжатого воздуха в подпоршневую камеру, в то время как из надпоршневой камеры воздух вытесняется. Давление, возрастающее в подпоршневой камере, воздействует на поршень, что приводит к осевому перемещению последнего в противоположном направлении и повторному втягиванию штока поршня. Следовательно, металлическая пластина образует с поршнем электрический переключатель, причем металлическая пластина представляет собой экономичную и надежную в эксплуатации конструктивную деталь такого переключателя, обладающую исключительными характеристиками для применения в неблагоприятных условиях, в частности в неблагоприятных условиях при высоких температурах. Благодаря тому что металлическая пластина неподвижно установлена внутри корпуса пневмоцилиндра, электрический переключатель, образованный металлической пластиной и поршнем, не содержит подвижных конструктивных деталей рядом с самим поршнем. Несмотря на то что для получения блоком управления сигнала о достижении крайнего положения требуется вхождение поршня в контакт с металлической пластиной, предлагаемая конструкция является чрезвычайно надежной и мало подверженной износу.

Кроме того, устройство для пробивки корки в предпочтительном варианте содержит линии для непосредственного или опосредованного электрического подсоединения металлической пластины и поршня к блоку управления и/или для передачи сигналов.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения в устройстве для пробивки корки имеется по меньшей мере одна линия для непосредственного электрического подсоединения корпуса пневмоцилиндра с блоком управления, и при этом одновременно обеспечивается электрическое соединение поршня и/или штока к блоку управления. Это, в свою очередь, означает, что поршень и/или шток поршня электрически соединяются с корпусом пневмоцилиндра, например посредством механического контактирования поршня и/или штока поршня с корпусом пневмоцилиндра. В данном конкретном варианте осуществления не требуются отдельные линии для электрического подсоединения поршня и/или штока поршня, благодаря чему упрощается монтаж устройства. Кроме того, контактирование поршня/штока и корпуса пневмоцилиндра осуществляется посредством скользящего контакта, что облегчает движение поршня/штока поршня относительно корпуса пневмоцилиндра.

Кроме того, в предпочтительном варианте металлическая пластина электрически изолирована от корпуса пневмоцилиндра. Электрическая изоляция металлической пластины относительно корпуса пневмоцилиндра предотвращает замыкание электрической цепи до вхождения поршня в механический контакт с металлической пластиной.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения металлическая пластина закреплена на крышке корпуса пневмоцилиндра. Для обеспечения лучших условий бокового опирания металлическая пластина по меньшей мере частично встроена в крышку корпуса пневмоцилиндра.

В предпочтительном варианте внутри корпуса пневмоцилиндра неподвижно установлены две металлические пластины, каждая из которых определяет одно крайнее положение поршня/штока. Следовательно, осевое расстояние между обеими металлическими пластинами определяет максимальный ход поршня. Далее, каждая металлическая пластина электрически связана с блоком управления по меньшей мере одной отдельной линией. Это дает возможность обнаружения вхождения поршня в контакт с металлической пластиной, закрепленной на передней крышке корпуса пневмоцилиндра, что означает полное выдвигание штока поршня, или вхождение поршня в контакт с металлической пластиной, закрепленной на задней крышке корпуса пневмоцилиндра, что, в свою очередь, свидетельствует о достижении штоком поршня своего крайнего втянутого положения.

Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрена по меньшей мере одна линия для электрического соединения емкости, содержащей расплав металла, с блоком управления таким образом, что контакт штока или закрепленного на нем инструмента, закрепленного на штоке поршня, вызывает замыкание электрической цепи, сигнализирующей блоку управления о том, что шток или инструмент пробил корку на расплаве металла. В зависимости от текущего уровня расплава в емкости и/или толщины корки шток поршня или закрепленный на нем инструмент может пробить корку до достижения крайнего, максимально выдвинутого положения. В этом случае в предпочтительном варианте происходит втягивание штока поршня до достижения поршнем своего крайнего положения и вхождения в контакт с металлической пластиной, закрепленной на передней крышке корпуса пневмоцилиндра, поскольку высокие температуры расплава могут привести к повреждению штока поршня и других компонентов пневмоцилиндра.

Ниже более подробно описывается предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылками на приложенный чертеж. На чертеже схематически показан продольный разрез через предлагаемое в изобретении устройство для пробивки корки.

Осуществление изобретения

Изображенное на чертеже устройство для пробивки корки содержит пневмоцилиндр 1 с корпусом 2 и поршнем 3, расположенным внутри корпуса 2 пневмоцилиндра с возможностью осевого перемещения. На поршне 3 закреплен шток 4, несущий на своем свободном конце инструмент 21 для пробивки корки. Конец, несущий инструмент 21, проходит через отверстие 5 корпуса 2 пневмоцилиндра, так что осевое перемещение поршня 3 внутри корпуса 2 вызывает перемещение штока 4 поршня и инструмента 21 между крайними выдвинутым и втянутым положениями.

Пневмоцилиндр 1 установлен над емкостью 20, содержащей расплав алюминия. Для пробивки корки, обычно образующейся над расплавом 23, шток 4 поршня движется вниз вплоть до достижения своего крайнего выдвинутого положения, при этом инструмент 21 пробивает корку.

Для приведения в действие пневмоцилиндра 1 предусмотрена клапанная система 7, которая может крепиться на цилиндре или располагаться на некотором удалении от последнего. Второй вариант обладает тем преимуществом, что уменьшается подвод тепла в клапанную систему 7. Рабочими линиями 8, 9 клапанная система 7 связана с подпоршневой камерой 10 и надпоршневой камерой 11, находящимися в корпусе 2 пневмоцилиндра. Для осевого перемещения поршня 3, например с целью выдвигания штока 4 поршня, осуществляется подача сжатого воздуха в надпоршевую камеру 11 пневмоцилиндра 1 через клапанную систему 7. Для втягивания штока 4 при осевом перемещении поршня 3 осуществляется подача сжатого воздуха в подпоршневую камеру 10 пневмоцилиндра 1 и вытеснение воздуха из надпоршневой камеры 11.

Клапанная система 7 приводится в действие электронным блоком 6 управления, который в предпочтительном варианте также располагается на некотором удалении от пневмоцилиндра 1 и емкости 20 во избежание повреждения этого блока, вызванного высокими температурами расплава. Для создания соединения между блоком 6 управления и клапанной системой 7 предусмотрена по меньшей мере одна линия. Блок 6 управления контролирует положение поршня 3 посредством двух металлических пластин 12, 13, закрепленных на расположенных друг напротив друга крышках 17, 18 корпуса 2 пневмоцилиндра. Расстояние между этими металлическими пластинами 12, 13 соответствует максимальному ходу поршня 3, поскольку каждая из металлических пластин 12, 13 определяет одно из крайних положений поршня 3. По достижении крайнего положения поршень 3 сталкивается с одной из металлических пластин 12, 13, замыкая при этом электрическую цепь, определяемую электрическим соединением обеих металлических пластин 12, 13 и поршня 3 с блоком 6 управления через отдельные линии 14, 15, 16. Блок 6 управления получает от электрической цепи сигнал о том, что поршень 3 достиг одного из двух крайних положений, что означает, что шток 4 поршня максимально выдвинут или втянут.Поскольку эти сигналы отличаются друг от друга, блок 6 управления имеет возможность конкретно установить, какое из крайних положений было достигнуто. В соответствии с этим блок 6 управления переключает клапанную систему 7, так что сжатый воздух подается в определенную рабочую линию, тогда как из другой линии воздух в предпочтительном варианте удаляется.

В варианте осуществления, изображенном на чертеже, поршень 3 и шток 4 поршня имеют опосредованную, через корпус 2 пневмоцилиндра, электрическую связь с блоком 6 управления, поскольку корпус 2 пневмоцилиндра электрически связан с блоком 6 управления по линии 16. Электрический контакт между поршнем 3 со штоком 4, а также корпусом 2 пневмоцилиндра обеспечивается посредством скользящего контакта 22. Кроме того, с блоком 6 управления через линию 19 электрически связана емкость 20, содержащая расплав. Пробивание штоком 4 или инструментом 21, закрепленным на штоке 4, корки на поверхности расплава 23 вызывает замыкание электрической цепи, сигнализирующей блоку 6 управления о том, что корка пробита. Поскольку уровень расплава 23 и/или толщина корки могут варьироваться, корка при необходимости пробивается до того, как поршень 3 со штоком 4 достигнет крайнего выдвинутого положения. Для предотвращения повреждения штока 4 поршня и/или инструмента 21 из-за высоких температур расплава 23 блок 6 управления переключает клапанную систему 7, так что шток 4 поршня и/или инструмент 21 быстро вытягивается обратно из расплава 23 еще до вхождения поршня 3 в контакт с металлической пластиной 12, встроенной в переднюю крышку 17 корпуса пневмоцилиндра.

В описанном подробно предпочтительном варианте осуществления изобретения представлен пример устройства для пробивки корки, соответствующего настоящему изобретению. Настоящее изобретение, однако, не ограничивается данным конкретным примером осуществления. Преимущества, описанные применительно к конкретному варианту осуществления изобретения, реализуются и в различных модификациях последнего.

Изобретение относится к устройству для пробивки корки на расплаве металла. Устройство содержит пневмоцилиндр, имеющий корпус, поршень, установленный с возможностью осевого перемещения внутри корпуса, и шток, закрепленный на поршне и выведенный через отверстие в корпусе с возможностью перемещения штока между крайним выдвинутым и крайним втянутым положениями при осевом перемещении поршня, электронный блок управления и клапанную систему, управляемую электронным блоком управления и связанную рабочими линиями с подпоршневой камерой и надпоршневой камерой, находящимися в корпусе пневмоцилиндра, по меньшей мере одну металлическую пластину, неподвижно установленную внутри корпуса пневмоцилиндра и определяющую крайнее положение поршня или штока, причем металлическая пластина и поршень электрически связаны с блоком управления таким образом, что контакт поршня с металлической пластиной вызывает замыкание электрической цепи, сигнализирующей блоку о достижении поршнем и штоком поршня крайнего положения. Обеспечивается возможность простыми средствами надежно и точно сигнализировать о достижении поршнем крайнего положения. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для пробивки корки на расплаве металла, содержащегося в емкости (20), содержащее пневмоцилиндр (1), имеющий корпус (2), поршень (3), установленный с возможностью осевого перемещения внутри корпуса (2), и шток (4), закрепленный на поршне (3) и выведенный через отверстие (5) в корпусе (2) с возможностью перемещения штока (4) между крайним выдвинутым и крайним втянутым положениями при осевом перемещении поршня (3), электронный блок (6) управления и клапанную систему (7), управляемую электронным блоком (6) управления и связанную рабочими линиями (8, 9) с подпоршневой камерой (10) и надпоршневой камерой (11), находящимися в корпусе (2) пневмоцилиндра, отличающееся тем, что внутри корпуса пневмоцилиндра неподвижно установлена по меньшей мере одна металлическая пластина (12, 13), определяющая крайнее положение поршня (3) и штока (4), причем металлическая пластина (12, 13) и поршень (3) электрически связаны с блоком (6) управления с обеспечением возможности замыкания электрической цепи при контактировании поршня (3) с металлической пластиной (12, 13), сигнализирующего блоку (6) о достижении поршнем (3) и штоком (4) поршня крайнего положения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит линии (14, 15, 16) для непосредственного или опосредованного электрического подсоединения металлической пластины (12, 13) и поршня (3) к блоку (6) управления и/или для передачи сигналов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере одну линию (16) для непосредственного электрического подсоединения корпуса (2) пневмоцилиндра к блоку (6) управления с одновременным электрическим подсоединением поршня (3) и/или штока (4) к блоку (6) управления.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что металлическая пластина (12, 13) электрически изолирована от корпуса (2) пневмоцилиндра.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что металлическая пластина (12, 13) закреплена на крышке (17, 18) корпуса (2) пневмоцилиндра и/или по меньшей мере частично встроена в крышку (17, 18) корпуса (2) пневмоцилиндра.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутри корпуса (2) пневмоцилиндра неподвижно установлены две металлические пластины (12, 13), каждая из которых определяет одно крайнее положение поршня (3) и штока (4) поршня и каждая из которых электрически связана с блоком (6) управления по меньшей мере одной отдельной линией (14, 15).

7. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что емкость (20), содержащая расплав металла, электрически связана с блоком (6) управления по меньшей мере одной линией (19) с обеспечением возможности замыкания электрической цепи при контактировании штока (4) или закрепленного на нем инструмента (21) с расплавом металла, сигнализирующего блоку (6) о пробивке штоком (4) или инструментом (21) корки на расплаве металла.