РАБОЧИЙ ОРГАН ДЛЯ ПРОБИВКИ КОРКИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2021 года по МПК C25C3/00 

Область техники

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к устройствам для технологического обслуживания алюминиевых электролизеров в цветной металлургии, в частности, для пробивки корки электролита в электролизере.

Уровень техники

При получении алюминия электролизом из расплавленного криолита, содержащего растворенную окись алюминия, на поверхности расплава в пространстве «борт-анод» образуется корка электролита, которую необходимо периодически разрушать (пробивать) согласно требованиям технологии.

Из уровня техники известен рабочий орган для пробивки корки алюминиевого электролизёра (патент RU 2596550, C25C3/14, опубл. 10.09.2016 г.). Рабочий орган содержит кривошипно-шатунный механизм пробивки корки с пробойником, закрепленный на стреле, коленчатый вал и механизм отклонения пробойника. Гидромотор соединен с консолью коленчатого вала посредством муфты с эластичным элементом. Пробойник закреплен на наконечнике ползуна механизма пробивки корки с возможностью разъема посредством байонетного прижима. Упругие элементы выполнены в виде пружин растяжения, закрепленных одним концом в отверстиях, выполненных на противоположных сторонах поворотной головки, и другим концом закрепленных на кронштейне стрелы. Механизм отклонения пробойника выполнен в виде двустороннего пружинного демпфера. Коленчатый вал установлен в подшипниках качения.

К техническим недостатками данного рабочего органа можно отнести:

- недостаточное усилие удара пробойника из-за прямого привода механизма пробивки от гидромотора к коленчатому валу, не позволяющего развить требуемое усилие пробивки за счёт использования дополнительных инерционных масс в виде шкивов и маховиков. Небезопасна работа из-за расположения компонентов гидрооборудования в непосредственной близости от расплавленного металла.

Наиболее близким аналогом по технической сущности является рабочий орган для пробивки корки электролита в электролизёре для получения алюминия (патент RU 59630, С25С3/14, опубл. 27.12.2006 г.). Рабочий орган машины для пробивки корки электролита выполнен в виде кривошипно-шатунного механизма, состоящего из шатуна с пробойником и коленчатого вала, установленного в подшипниках качения, установленных в боковых крышках корпуса, состоящих из втулки и фланца. На консолях коленчатого вала установлены два шкива, соединенные ременной передачей с двигателем. Установка шкивов осуществлена посредством торцевых фланцев, снабженных резьбовым разъемным соединением. Боковые крышки корпуса снабжены снаружи монтажными втулками. Рабочий орган снабжен индивидуальной системой смазки.

Недостатками данной конструкции рабочего органа являются: увеличение нагрузки и снижение ресурса опорных подшипников коленчатого вала из-за консольной установки шкивов ремённой передачи на концах коленчатого вала без дополнительной подшипниковой опоры, отсутствие возможности регулирования усилия удара пробойника, отсутствие механизма непрерывной подачи смазки к кривошипно-шатунному механизму.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является повышение производительности при выполнении операций по пробивке корки электролита, повышение надёжности и увеличение срока службы рабочего органа.

Поставленный технический результат достигается тем, что в рабочем органе для пробивки корки электролита в электролизере для получения алюминия, содержащем кривошипно-шатунный механизм с системой смазки, состоящий из шатуна с пробойником и коленчатого вала, вращающегося на подшипниках качения в боковых крышках корпуса рабочего органа и на консолях которого посредством торцевых фланцев, снабженных разъемным соединением, установлены два шкива, соединенные ременными передачами с приводом, новым является то, что шкивы установлены на подшипниках качения, смонтированных на боковых крышках корпуса рабочего органа, и выполнены с возможностью передачи крутящего момента от шкивов к коленчатому валу через промежуточные торцевые шлицевые фланцы, сопрягающиеся с ведомыми шкивами ремённой передачи через разъёмные резьбовые соединения с упругими элементами, закрепленными по радиусу фланца и шкива.

Изобретение дополняют частные признаки, способствующие достижению технического результата. Так, ведомые шкивы ремённой передачи выполнены с возможностью установки на них дополнительных сменных маховиков различной массы. На торце коленчатого вала установлена вращающаяся муфта для подачи смазки к коленчатому валу.

Механизм пробивки корки не имеет опор трения скольжения, что значительно увеличивает его надёжность и срок службы. Все вращающиеся элементы механизма пробивки корки (коленчатый вал и шкивы) установлены на подшипниках качения. Коленчатый вал устанавливается на подшипниках качения, в свою очередь установленных в двух фланцевых корпусах, крепящихся на корпусе механизма пробивки болтовым соединением. Два фланцевых корпуса одновременно являются опорами для установки подшипников качения, на которые устанавливаются ведомые шкивы ремённой передачи. Передача крутящего момента от шкивов к коленчатому валу осуществляется через промежуточные торцевые шлицевые фланцы, сопрягающиеся с коленчатым валом через шлицы, с ведомыми шкивами ремённой передачи через разъёмные резьбовые соединения с упругими элементами, закрепленными по радиусу фланца и шкива. Установка разъёмных резьбовых соединений с упругими элементами позволяет компенсировать ударные нагрузки и вибрацию на привод механизма.

Конструкция рабочего органа предусматривает установку сменных маховиков различной массы на ведомых шкивах ремённой передачи, что в свою очередь позволяет регулировать величину крутящего момента и усилие пробивки за счёт изменения инерционно-массовых характеристик вращающихся элементов привода.

Рабочий орган оснащён автоматической централизованной системой смазки механизма пробивки с индивидуальным подводом смазки к коленчатому валу через вращающуюся муфту, обеспечивающую бесперебойную смазку трущихся частей механизма пробивки при его запуске и работе, что позволяет значительно повысить надёжность и ресурс рабочего органа.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид рабочего органа в разрезе, на фиг. 2 показан разрез механизма по оси установки коленчатого вала.

Перечень конструктивных элементов:

1 – кривошипно-шатунный механизм;

2 – коленчатый вал;

3 – подшипники коленчатого вала;

4 – боковая крышка;

5 – корпус;

6 – болт;

7 – торцевой фланец;

8 – шкив;

9 – разъёмное резьбовое соединение;

10 – упругий предохранительный элемент;

11 – подшипник шкива;

12 – сменный маховик;

13 – шатун;

14 – палец;

15 – ползун;

16 – направляющая гильза;

17 – корпус;

18 – кожух;

19 – пробойник;

20 – прижим;

21 – вращающаяся муфта смазки.

Рабочий орган для пробивки корки электролита в электролизере содержит кривошипно-шатунный механизм 1, состоящий из коленчатого вала 2, вращающегося на подшипниках качения 3, установленных в боковых крышках 4. Боковые крышки 4 закреплены на корпусе 5 болтами 6. На консолях коленчатого вала 2 посредством шлицевого соединения установлены торцевые фланцы 7, передающие крутящий момент от шкивов 8 к коленчатому валу 2 через разъёмные резьбовые соединения 9 с упругими элементами 10, закрепленными по радиусу фланца 7 и шкива 8, позволяющими компенсировать ударные нагрузки на механизм. Шкивы 8 установлены на подшипниках качения 11, смонтированных на консолях боковых крышек 4, что позволяет исключить нагрузку от шкивов 8 на консоли коленчатого вала 2 и повысить надёжность механизма. На шкивах 8 могут устанавливаться сменные маховики 12 различной массы, что позволяет регулировать усилие удара механизма за счёт изменения инерционно-массовых характеристик.

К коленчатому валу 2 крепится шатун 13. Нижняя головка шатуна 13 при помощи пальца 14 соединена с полым цилиндрическим ползуном 15. Ползун 15 расположен в направляющей гильзе 16, которая запрессована в нижней части корпуса 17 механизма пробивки. В нижней части ползуна 15 крепится кожух 18 и пробойник 19. Пробойник 19 закреплен на наконечнике ползуна 15 с возможностью разъема при помощи прижима 20. Кожух 18 предназначен для защиты поверхности направляющей части корпуса 17 от пыли и брызг металла. Кожух 18 крепится к ползуну 15 посредством резьбового соединения, его верхняя часть имеет уплотнение, которое перемещается вверх и вниз вместе с кожухом 18 вдоль нижней направляющей части корпуса 17. Подача смазки к кривошипно-шатунному механизму 1 осуществляется через вращающуюся муфту 21, установленную на торце коленчатого вала 2.

Рабочий орган для пробивки корки электролита в электролизере работает следующим образом.

От ведомых шкивов 8 крутящий момент передаётся на коленчатый вал 2 через торцевые шлицевые фланцы 7, соединяющиеся с шкивами 8 посредством разъёмных резьбовых соединений 9 с упругими элементами 10, а с коленчатым валом 2 посредством шлицевого соединения. Далее кривошипно-шатунный механизм 1, состоящий из коленчатого вала 2 и шатуна 13, преобразует вращательное движение коленчатого вала 2 в возвратно-поступательное движение ползуна 15, расположенного в направляющей гильзе 16 и закреплённого на наконечнике ползуна 15 пробойника 19. Возвратно-поступательными движениями пробойника 19 осуществляется пробивка корки электролита. При необходимости увеличения усилия удара, на ведомые шкивы 8 устанавливаются маховики 12 большей массы.

Заявляемый рабочий орган предназначен для пробивки корки электролита на боковых сторонах электролизеров при поточной обработке в условиях электролизного производства алюминия при температуре окружающего воздуха от – 50 до +45 ºС.

Отличием от аналога у данного рабочего органа является передача крутящего момента к коленчатому валу 2 через шкивы 8, установленные на боковых крышках 4 корпуса рабочего органа на подшипниках качения 3, а передача крутящего момента от шкивов 8 к коленчатому валу 2 осуществляется через промежуточные торцевые шлицевые фланцы 7, сопрягающиеся с ведомыми шкивами 8 ремённой передачи через разъёмные резьбовые соединения 9 с упругими элементами 10, закрепленными по радиусу фланца 7 и шкива 8.

Конструкция механизма пробивки предусматривает установку дополнительных сменных маховиков 12 различной массы на ведомых шкивах 8 ремённой передачи.

Для подвода смазки к коленчатому валу 2 предусмотрена вращающаяся муфта 21.

Положительные результаты опытно-промышленного образца машины с рабочим органом, выполненного согласно формуле изобретения, подтверждены проведенными в корпусах электролиза алюминиевого завода производственными испытаниями.

Изобретение относится к устройствам для технологического обслуживания алюминиевых электролизеров в цветной металлургии, в частности к рабочему органу устройства для пробивки корки электролита в электролизере. Рабочий орган содержит кривошипно-шатунный механизм с системой смазки, состоящий из шатуна с пробойником и коленчатого вала, вращающегося на подшипниках качения в боковых крышках корпуса рабочего органа и на консолях которого посредством торцевых фланцев, снабженных разъемным соединением, установлены два шкива, соединенные ременными передачами с приводом, шкивы установлены на подшипниках качения, смонтированных на боковых крышках корпуса рабочего органа, и выполнены с возможностью передачи крутящего момента от шкивов к коленчатому валу через промежуточные торцевые шлицевые фланцы, сопрягающиеся с ведомыми шкивами ремённой передачи через разъёмные резьбовые соединения с упругими элементами, закрепленными по радиусу фланца и шкива. Обеспечивается повышение производительности при выполнении операций по пробивке корки электролита, повышение надёжности и увеличение срока службы рабочего органа. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Рабочий орган для пробивки корки электролита в электролизере для получения алюминия, содержащий кривошипно-шатунный механизм с системой смазки, состоящий из шатуна с пробойником и коленчатого вала, вращающегося на подшипниках качения в боковых крышках корпуса рабочего органа и на консолях которого посредством торцевых фланцев, снабженных разъемным соединением, установлены два шкива, соединенные ременными передачами с приводом, отличающийся тем, что шкивы установлены на подшипниках качения, смонтированных на боковых крышках корпуса рабочего органа, и выполнены с возможностью передачи крутящего момента от шкивов к коленчатому валу через промежуточные торцевые шлицевые фланцы, сопрягающиеся с ведомыми шкивами ремённой передачи через разъёмные резьбовые соединения с упругими элементами, закрепленными по радиусу фланца и шкива.

2. Рабочий орган по п. 1, отличающийся тем, что ведомые шкивы ремённой передачи выполнены с возможностью установки на них дополнительных сменных маховиков различной массы.

3. Рабочий орган по п. 1, отличающийся тем, что на торце коленчатого вала установлена вращающаяся муфта для подачи смазки к коленчатому валу.