CN102272034A - 用于在可移动臂端部旋转的固体残留物收集器的紧固设备尤其是用于壳铲的铰接斗的紧固设备 - Google Patents

Abstract

用来紧固收集容器(120)的夹具，包括：a.至少一个枢轴构件(115)，其被组装以在可移动臂上绕轴线(500)旋转，且包括至少一个设有第一悬挂件(117)的第一横向臂(116)以及至少一个设有轴向孔(119)的第二横向臂(118)；b.至少两个紧固件，其被固定至所述收集容器：第一紧固件(121)设有与枢轴构件的第一悬挂件协同工作的第二悬挂件(122)；第二紧固件(123)设有轴向孔(124)；c.销(130)，其插入对准的轴向孔并在其中滑动。一组中存在至少一个称为“中心孔”(1240)的孔，其为锥形且由另一组的两个称为“周边孔”(1190，1191)的圆柱形孔围绕。销(130)具有与中心孔互补的锥形凸缘。应用至具有双斗的铲，尤其是在生产铝的电解池中使用的壳铲。

Description

用于在可移动臂端部旋转的固体残留物收集器的紧固设备尤其是用于壳铲的铰接斗的紧固设备

本发明涉及使用Hall-Héroult工艺通过火法电解来生产铝。更具体地，涉及一种设备，该设备用来收集浸没或漂浮在电解浴和金属液中的固体残留物，尤其是来自电解浴的沉积在罐底部的沉积物，以及因在移除废阳极之前和期间进行的各种操作而产生的剩余碳和壳碎屑。更具体地，本发明涉及一种设备，该设备包括铰接的铲斗以及允许快速更换所述铰接的铲斗的装置。

铝在工业上是通过公知的Hall-Héroult工艺在电解池中通过火法电解来生产的。工厂中具有大量的电解池，这些电解池在被称为电解车间或电解室的建筑物内成排布置，并且使用连接导体串联地电连接，从而最好地来利用工厂的地面区域。这些池通常被排布为两条或多条平行线并且由端部导体相互电连接。在每个池中，电解浴和金属液被容纳在称为“电解罐”的罐中，该罐包括钢制容器和位于罐底部的阴极单元，所述钢制容器的内侧覆有耐火材料和/或绝缘材料。通常由碳质材料制成的阳极被局部地浸没在电解浴中。

在运行时，电解工厂需要对电解池进行干预，包括把废阳极更换成新阳极、对池中的金属液进行取样，以及对电解质进行取样或补充。为了进行这一工作，最现代化的车间都配有一个或多个服务单元，包括：桥式吊车，其能在一系列电解池上方移动；一个或多个服务机器，每个服务机器包括能够在桥式吊车上移动的车架；以及，服务模块，其设有装卸和服务设备，诸如铲和吊机，通常被称为“工具”。这些服务单元常常被称为“电解服务机器”或“M.S.E.”(英语名称为“PTA”或“Pot Tending Assembly”或“PTM”或“Pot Tending Machine”)。所述服务模块通常包括工具转动架，每个工具被固定在线缆端部，所述线缆由被附接至所述工具转动架的绞盘操作，或者每个工具被固定在可移动臂的端部，所述可移动臂通常是伸缩或铰接的臂，所述可移动臂的另一端部被附接至所述工具转动架。

阳极更换期间的一个必要操作是清理由电解浴和金属液组成的液体介质的一部分，所述部分被废阳极覆盖且必须由新阳极覆盖。在电解期间，电解浴的上表面形成氟化冰晶石和氧化铝的硬壳。该壳具有保持电解浴内热量的优点，因此构成一个有效的绝缘封套。但由于其十分坚硬并粘附至阳极块的壁，所以有必要将废阳极周围的壳打破从而将废阳极取出。通常，需借助工具(例如，轻击锤，称为“破壳机”)来打破壳。所以，在去除废阳极期间，壳上会形成一开口，该开口被保留直到装配了新阳极，且此后称为“阳极孔”。打破壳和操作废阳极块不可避免地会产生碎片或固体块，这些碎片或固体块漂浮或悬浮在由电解浴和金属液组成的液体介质中，或者落到罐底部。由此看来，有必要借助收集工具(通常已知为“壳铲”)来移除这些固体块。另外，沉积物逐渐地沉积在罐底部，即在阴极上，形成厚度不断增加的层，这增大了阻力从而降低了所述罐的输出。因此，阳极孔中的壳铲也被用于移除沉积在罐底部的沉积物。

欧洲专利申请EP-A-0440488描述了与特定车辆——而非服务机器——一起使用的壳铲的一个实例。欧洲专利申请EP-A-0618313非常简略地描述了服务机器的一个实例，该服务机器配有能够保证打破废阳极附近的外壳并清理阳极孔的设备。不论壳铲是由专门车辆传送的还是由服务机器传送的，其通常形式都是由两个斗组成的夹具，这两个斗以关于基本竖直平面基本对称的方式放置，并绕两条基本水平轴线铰接、旋转，这两条轴线也可以重合为一条。每个斗都具有一个前边缘，也称为“刃”，其与另一个斗的前边缘对立。为了收集残留物，将处于打开状态的壳铲伸入电解浴，随后使用至少一个致动器将壳铲从打开状态转为闭合状态，所述至少一个致动器直接作用于斗，或者作用于使这两个斗关于彼此基本对称旋转的连杆组件，从而捕获这两个斗之间的固体残留物，而液体介质以及电解浴和金属液的混合物仍可以溢出，尤其是通过斗壁上的开口溢出。专利申请EP1178004描述了一种框架被一分为二的铲斗。

所述铲尤其是斗(其用来插入由浮在金属液顶部的液体电解浴组成的液体介质)的使用条件，从热和机械两方面考虑，尤其需要频繁地修复所述铲斗。通常，这种修复工作需要更换斗，这需要花费几个小时并需要关闭整个设备，即，需要关闭连同所有工具的车辆或服务机器。

申请人不断寻求改进服务机器(其须满足电解池的许多其他功能)的可用性，因此设定了缩短壳铲修复时间的目标。在实现这一目标的新的用于斗的紧固设备的设计中，申请人意识到：该设备也适用于除了在火法电解生产铝中使用的壳铲以外的收集单元；并且可以用于任何在可移动臂端部绕轴线旋转的铰接收集容器。

本发明的一个主题是一种夹具，其用来紧固在可移动臂的端部绕轴线旋转的收集容器，所述收集容器——通常是斗——具有开口，使得能够在所述旋转中收集固体残留物，所述夹具包括：

a.至少一个枢轴构件，其被组装以在所述可移动臂的端部绕所述轴线旋转，且包括：

·至少一个第一横向臂，其被紧固至所述枢轴构件，并设有第一悬挂件，以及

·至少一个第二横向臂，其被紧固至所述枢轴构件，并设有在平行于所述轴线的方向上的第一组m个孔；

b.至少两个紧固件，其被固定至所述收集容器：

·第一紧固件设有与所述枢轴构件的所述第一悬挂件协同工作的第二悬挂件，使得当它们彼此接触时，所述第一紧固件被用作为引导件，然后当所述枢轴构件在给定的旋转方向上绕其轴线旋转时，所述第一紧固件被用作所述第一悬挂件的止动件；

·第二紧固件设有在平行于所述轴线的方向上的第二组n个孔，使得当所述枢轴构件在所述旋转方向上旋转直到所述第一悬挂件抵达所述第二悬挂件并止动时，所述第一组m个孔和所述第二组n个孔沿共同轴线方向基本对准；

c.销，其插入对准的(m+n)个孔并在之中滑动，以将所述收集容器固定至所述可移动臂的端部；

其特征在于：

d.m和n是等于或大于1的整数，乘积m*n大于1；

e.当所述(m+n)个孔基本对准时，一组中存在至少一个称为“中心孔”的孔，所述中心孔是锥形的且由另一组的两个称为“周边孔”的孔围绕，所述周边孔是圆柱形的且具有不同直径；

f.所述销是具有锥形凸缘的双圆柱形轴，包括：

f1)两个圆柱形部分，每个圆柱形部分的直径基本等于、略小于该部分滑动于其中的周边孔的直径，

f2)以及，锥形中间部分，其斜率与所述中心孔的斜率接近。

根据本发明，所述紧固设备包括枢轴构件，所述枢轴构件与所述可移动臂相互依赖并设有横向臂。所述横向臂可以包括一个或多个基本沿径向方向延伸的凸缘。所述紧固设备还设有如下装置，所述装置一部分被置于所述枢轴构件的横向臂上，另一部分被置于固定在所述收集容器上的紧固件上。所述装置是补充的固定和锁紧装置。所述补充的锁紧装置是销和孔，所述孔一旦对准就与所述销协同工作以锁紧所述容器于所述可移动臂之间的连接。所述枢轴构件可以与所述收集容器相互依赖，且所述紧固件可以与所述可移动臂相互依赖，但是当所述紧固件与所述可移动臂关联时，因为更容易控制所述枢轴构件的运动和旋转，所以实际并不需要这种配置。

所述第二横向臂和所述第二紧固件在平行于所述枢轴构件的旋转轴线的方向上分别设有m个孔和n个孔。数字m和n是等于或大于1的整数。根据本发明，规定乘积(m*n)大于1，即，如果m等于1，则n必然大于1，反之亦然，使得一组中至少有两个孔围绕另一组的一个孔。当m或n大于2时，对应组的孔不仅被导向而且在给定的平行于轴线的方向上对准。

为了更好地锁紧，有利地，所述设备还设有用于轴向固定所述销的补充装置，例如，利用所述销的这一结构尤其是其轴向中间部分，通过施加对立承载力，将所述销夹在位于大直径圆柱形部分那侧的横向面与位于与大直径周边孔对立那侧的横向面上的承载小直径周边孔的壁之间的装置。

根据本发明，一组中存在至少一个称为“中心孔”的孔，所述中心孔是锥形的且由另一组的两个孔围绕，所述另一组的两个孔称为“周边孔”。这意味着，如果承载所述周边孔的是所述枢轴构件第二横轴，那么所述第二横轴包括两个彼此平行的凸缘，每个凸缘承载一个周边孔，这两个凸缘之间的距离大于承载所述中心孔的第二紧固件的厚度。反之，如果承载所述周边孔的是所述收集容器的第二紧固件，那么所述第二紧固件是双份的且包括两个壁——为了简便我们也称之为凸缘，它们彼此平行且间距大于承载所述中心孔的第二横向臂的厚度。

所述收集容器和所述可移动臂之间的连接是借助锁紧装置来实现的，所述锁紧装置在本例中是一旦对准就与所述销协同工作的孔，其特征在于：包括具有不同直径的两个圆柱形部分，每个部分的直径都略小于该部分滑动于其中的周边孔的直径，这两个圆柱形部分被锥形中间部分分隔，所述锥形中间部分的斜率与所述中心孔的斜率接近。这些孔与所述销关联具有第一优势：使得更容易将所述收集容器装配至所述可移动臂。根据本发明的一些优选方法，还使得能够将所述收集容器相对于其支撑件而居中，并且使得能够最小化甚至消除销与孔之间的径向和轴向窜动。

根据本发明的这些孔和所述销之间的关联便于组装：将所述可移动臂的端部相对于所述收集容器定位往往是困难的，尤其是因为从控制舱到所述可移动臂的端部的视线常常受限。因此，中心孔与周边孔一直都不能很精确地共轴。这一特殊形状的销的优势是便于将所述销引入对准的孔：首先将所述销通过小直径圆柱形部分插入，使其穿过大直径周边孔，然后穿过锥形孔，最后穿过小直径周边孔。在这一运动期间建立了锥形装配，其中当轴线不重合时会导致承载中心孔的壁(横向臂或紧固件)相对于承载周边孔的凸缘发生相对径向运动。

根据本发明的一个优选方法，这些孔与所述销之间的关联还使得能够将所述收集容器相对于其支撑件而居中：承载小直径周边孔的凸缘设有在另一个凸缘的方向上突出的套筒，其中所述孔是小直径周边孔，并且所述突出端部用作承载所述中心孔的壁——其属于所述第二横向臂或所述第二紧固件——的轴向止动件。所述套筒的所述突出部的轴向高度可以根据所涉及的轴向偏离来限定。因此，为了使所述收集容器相对于其支撑件而精确地居中，所述突出部相对于承载小直径周边孔的凸缘的轴向高度的目标值相当于承载周边孔的凸缘的对立面之间的距离与承载中心孔的壁的厚度之差的一半。在将所述销引入对准的孔期间，当承载中心孔的壁并未相对于承载周边孔的凸缘而精确地居中时，这一锥形装配能够拉动承载中心孔的壁，直到其抵达所述突出套筒的相对于承载小直径周边孔的凸缘的端部并止动，所述突出部的轴向高度允许所述壁相对于所述凸缘而精确地居中。

为了更好地锁紧，有利地，所述设备补充设有如下装置，所述装置将所述销夹在位于大直径圆柱形部分那侧的横向面与位于与大直径周边孔对立那侧的横向面上的承载小直径周边孔的壁之间。这些装置可以，例如，包括螺钉和螺母，所述螺钉的体部插入所述轴向孔，所述螺钉的头部和所述螺母——直接或通过垫圈——承载在所述销的靠近大直径圆柱形部分的端部上以及位于与大直径周边孔对立那侧的与承载小直径周边孔的凸缘相互依赖的横向面上。显然，所述面可以是所述突出套筒的另一个端部或所述凸缘的外壁。

有利地，所述第一悬挂件和所述第二悬挂件是平行于所述旋转轴线的榫和至少一个槽，所述至少一个槽用来接收和引导所述榫，直到所述榫抵达所述槽的底部并止动。显然，这些装置中的每一个都可以与所述可移动臂或所述收集容器相互依赖。这些装置按以下方式协同工作：当所述榫与界定所述槽的第一壁因所述可移动臂的运动而接触时，所述枢轴构件在给定的旋转方向上旋转，使得所述榫离开该第一边缘并移动穿过所述槽，直到其抵达形成所述槽的另一边缘的壁。所述枢轴构件的旋转继续，且所述榫被该第二边缘引导，直到其抵达所述槽的底部并止动。显然，所述槽的边缘具有不相等的长度：所述第二边缘较短以使所述榫在与所述第一边缘接触之前在其前方通过，但又足够长以当所述榫因所述枢轴构件的旋转而“回升”时夹住所述榫。

承载第二组孔的所述第二紧固件被设置在所述收集容器上，与所述第一紧固件相隔一段距离，使得当所述第一悬挂件和所述第二悬挂件协同工作时，所述枢轴构件处于如下位置：所述第一组孔中的孔与所述第二组孔中的孔沿共同轴向方向基本对准。换言之，所述第一悬挂件与所述第一组孔中的孔之间的中心距基本等于所述第二悬挂件与所述第二组孔中的孔之间的中心距。但是，所述第二悬挂件与所述第二组孔中的孔之间的中心距取决于所述收集容器的紧固件的长期表现，所述收集容器须在不同条件下工作，而很可能改变所述中心距的碰撞风险是不可忽略的。

这可以引起窜动，使得所述收集容器因其负载而相对于其支撑件运动，并使所述悬挂件、所述孔和/或所述销因自身惯性而弯曲。尤其是，当所述收集容器是壳铲的斗时，这种窜动会得以避免，因为其可以因所述壳铲进行的称为“猛击”的专门动作(见下文)而快速增大。有利地，为了最小化——优选地消除——所述容器和所述可移动臂上的支撑件之间的窜动，所述第一悬挂件与所述第一组孔中的孔之间的中心距略大于所述第二悬挂件与所述第二组孔中的孔之间的中心距，差距通常为十分之几毫米，例如当中心距为350mm时差距优选地是0.4mm至1.6mm。由于根据本发明的设备的销具有锥形凸缘，这使得能够吸收这种窜动并将所述收集容器保持在其支撑件内。

优选地，当拆卸旧收集容器和附接新收集容器时，为了便于操作，所述紧固设备仅包括有限数量的销(一个或两个)，并且与每个销关联的孔的数量(n+m)尽可能地少，优选地为三个。另外，为了使所述夹具更好地承受垂直于旋转轴线的力，有利地，提供双份的所述悬挂件，或者双份的与所述销关联的孔组，甚至双份的所有这些紧固装置，并将它们设置在所述收集容器的每个轴向端部。

在本发明的一个优选实施方案中，所述收集容器是由一个轴向壁(即，具有与所述旋转轴线平行的直线母线并被承载在开放的引导曲面上的曲面)和两个横向壁界定的斗，其中：

-所述枢轴构件在其每个端部附近包括第一横向臂并且在其中心附近包括第二横向臂，所述第一横向臂用作轴向导向的榫的支撑件，所述第二横向臂包括承载大直径孔的第一凸缘以及平行于所述第一凸缘并承载小直径孔的第二凸缘，

-所述斗的所述轴向壁包括：

·两个第一紧固件，每个第一紧固件都设有槽，这两个第一紧固件被轴向地放置且彼此相隔通常与所述榫的长度接近的距离，每个第一紧固件的每个槽用来接收并引导所述榫，直到其抵达所述槽的底部并止动；

·第二紧固件，其设有锥形孔，使得所述锥形孔的轴线与连接所述槽的底部的曲线的中心的线之间的距离略小于所述榫的轴线与大直径孔和小直径孔的共同方向之间的距离，差距通常为十分之几毫米，当中心距为350mm时差距优选地为0.4mm至1.6mm。

有利地，所述枢轴构件由至少一个致动器来致动，所述至少一个致动器也被用于致动所述收集容器并被组装为与所述可移动臂相互依赖。换言之，对于将所述收集容器或所述斗紧固至所述可移动臂的紧固件，也可以使用用于闭合和打开所述收集容器或斗的致动器。优选地，所述致动器是千斤顶，并且所述枢轴构件包括设有铰链栓的至少一个横向臂，连接至所述千斤顶的杆可以被装配至所述铰链栓以旋转。当然，出于空间配置和尺寸考虑，所述第一横向臂、所述第二横向臂或第三横向臂可以用作与所述杆旋转连接的支撑件。

优选地，所述紧固设备被设计为使得紧固发生在所述枢轴构件的与所述收集容器闭合对应(即，与用于收集固体残留物的运动对应)的运动期间。换言之，在所述悬挂件协同工作期间，“给定的旋转方向”优选地是与所述收集容器闭合对应的旋转运动。为了实现这一目标，所述第一紧固件被设置在所述容器的开口附近，并设有朝向与所述开口对立那侧的槽。通过这种方式，当所述榫与界定所述槽的所述第一边缘接触时，所述枢轴构件经历在所述收集容器闭合方向上的旋转运动，使得所述榫被带向所述槽的另一边缘，所述第一边缘被用作所述榫的引导件，引导其到达所述槽的底部。

根据本发明的另一主题是一种夹具，其用来同时紧固彼此对立且关于平面P1基本对称的两个斗，其特征在于：包括如前所述的紧固设备，所述紧固设备与每个斗关联且关于平面P2基本对称，可移动臂由第一致动器致动，使得在紧固时平面P1能与平面P2重合，第一斗的枢轴构件和第二斗的枢轴构件每个都具有至少一个横向臂，所述至少一个横向臂具有与共同杆——已知为“连接杆”——的旋转连接，所述共同杆连接至至少一个第二致动器并与所述可移动臂相互依赖。通常，所述旋转连接可以通过铰链栓来实现，所述杆被组装至所述铰链栓以旋转。所述铰链栓相对于支撑它们的枢轴构件来放置，使得对于每个斗，所述连接杆的相对运动被转换为关于所述平面P1基本对称的旋转运动。如上所述，如果空间配置允许，设有与所述连接杆的旋转连接的所述横向臂可以是所述第一横向臂、所述第二横向臂或第三横向臂。

优选地，紧固斗对应于斗的闭合运动，相反地，旧斗在打开运动中被拆卸。有利地，在拆卸旧斗和附接新斗之间，所述第二致动器被固定，从而阻止所述枢轴构件旋转，使得在紧固新斗期间，所述第一悬挂件一与所述第二悬挂件接触就立即处于恰当位置。

有利地，为了便于装配所述销，所述第一悬挂件比所述第一组孔更靠近对称平面P2，并且所述第二悬挂件比所述第二组孔更靠近对称平面P1。

本发明的另一主题是一种收集单元，其包括：可移动臂；至少一个收集容器，其由至少一个与所述可移动臂相互依赖的致动器来致动；以及，至少一个如前所述的紧固设备，其与所述收集容器关联。

本发明的另一主题是一种收集单元，其包括：可移动臂；彼此对立的两个斗，它们通常借助连接杆由至少一个与所述可移动臂相互依赖的致动器来同时致动；以及，用于所述斗的夹具，其特征在于：所述夹具是如上所述的允许同时紧固所述斗的夹具，当所述斗已事先被设置为关于平面P1基本对称时能够进行紧固。

所述收集单元的一个具体实施方案包括：

a)可移动臂；

b)框架，其固定至所述可移动臂；

c)两个斗，每个斗都具有一个轴向壁和两个横向臂，且被铰接、绕平行于轴线的方向旋转，所述斗被设置为关于基本竖直平面P基本对称，每个斗的前边缘与另一个斗的前边缘对立，使得位于所述斗的两个开口之间的固体残留物被所述斗捕获。所述收集单元还包括被分配至每个斗且关于所述基本竖直平面P基本对称的夹具，每个夹具包括：

-枢轴构件，其被组装以在所述框架上旋转，包括：至少一个第一横向臂，其设有第一悬挂件；以及，至少一个第二横向臂，其设有沿平行于所述轴线的方向导向的第一组m个孔；

-至少两个被固定至每个斗的紧固件，第一紧固件设有与所述枢轴构件的所述第一悬挂件协同工作的第二悬挂件；第二紧固件设有沿平行于所述轴线方向导向的第二组n个孔，使得当所述第一悬挂件和所述第二悬挂件协同工作时，所述枢轴构件旋转直到其抵使所述第一组孔中的孔和所述第二组孔中的孔沿共同轴线方向基本对准的位置；

-销，其用来插入对准的所述第一组孔和所述第二组孔并在之中滑动，以将所述斗固定至所述框架；

-所述第一组孔中的孔和所述第二组孔中的孔被布置为，当它们沿共同轴线方向基本对准时，一组中存在至少一个称为“中心孔”的孔，所述中心孔是锥形的且由另一组的两个称为“周边孔”的孔围绕，所述周边孔是圆柱形的且具有不同直径；

-所述销是包括两个圆柱形部分和一个锥形中间部分的轴，每个圆柱形部分的直径都基本等于、略小于该部分滑动于其中的周边孔的直径，所述锥形中间部分的斜率与所述中心孔的斜率接近。

有利地，每个枢轴构件在其每个端部附近包括第一横向臂，并且在其中心附近包括第二横向臂，所述第一横向臂用作轴向导向的榫的支撑件，所述第二横向臂包括承载大直径孔的第一凸缘以及平行于所述第一凸缘并承载小直径孔的第二凸缘。每个斗的轴向壁包括：两个第一紧固件，每个第一紧固件都设有朝向与所述斗的开口对立那侧的槽，这两个第一紧固件被轴向地放置且彼此相隔通常与所述榫的长度接近的距离，每个第一紧固件的每个槽用来接收并引导所述榫，直到其抵达所述槽的底部并止动；第二紧固件，其设有锥形孔，并被设置为离所述开口较远，使得所述锥形孔的轴线与连接了所述槽的底部的曲线的中心的线之间的距离基本等于——优选地略小于——所述榫的轴线与大直径孔和小直径孔的共同方向之间的距离，差距通常为十分之几毫米。

有利地，所述可移动臂是由第一致动器来致动的可移动竖直柱，所述第一致动器使所述可移动竖直柱沿其竖直轴线移动；与所述第一斗和所述第二斗关联的枢轴构件，每个枢轴构件都具有至少一个与所述可移动臂相互依赖的横向臂，所述横向臂承载与连接至至少一个第二致动器的连接杆的旋转连接，所述旋转连接被设置在每个横向臂上，使得对于每个枢轴构件，所述连接杆的相对运动都是关于基本竖直平面P2基本对称的旋转运动。为了紧固所述斗，将所述可移动竖直柱(其通常由起重绞车承载)设置在关于基本竖直平面P1基本对称的一组斗上方，然后使用所述第一致动器将所述可移动竖直柱带至下方，直到所述第一悬挂件与所述第二悬挂件接触。然后致动所述第二致动器，以移动所述连接杆并同时旋转(优选地在闭合方向上)所述斗。

本发明的另一主题是一种壳铲，其用来收集铝生产池(电解浴和金属)的液体介质中的固体残留物和沉积物，尤其用来清理阳极孔，其特征尤其在于：其是如前所述的收集单元。有利地，所述可移动竖直柱(在此被称为“铲杆”)是被连接至电解服务机器的可移动车的旋转工具架的伸缩柱的移动部件。优选地，所述第一悬挂件的中心与所述第一组孔中的孔之间的中心距略大于所述第二悬挂件的中心与所述第二组孔中的孔之间的中心距，这使得能够提供在斗中没有任何窜动的固定。如上所述，在使用壳铲的斗时强烈期望没有窜动。由电解浴和液态铝组成的非常粘的液态介质中的一部分粘附至所述斗的壁，使得所述斗被矿渣覆盖，壳铲每次进入罐中都必须移除该矿渣。否则，所述斗将会非常迅速地被阻塞且失灵。为了尽可能多地移除冷却和硬化的、粘附至所述斗的表面的浴和金属，要尽可能频繁地执行称为“斗撞击”的操作：所述致动器被用于以闭合运动旋转所述斗，使得所述斗的前边缘突然彼此接触，该撞击需要足够猛烈，以使冷却的浴和金属从所述斗的表面剥离并射出。因为撞击操作频繁，所以重要的是，所述斗相对于其支撑件不移动，且其紧固设备的各种装置不变形。

本发明的另一主题是一种服务机器，其能在通过火法电解生产铝的工厂内使用，包括：车架，所述车架能在桥式吊车上移动；以及，服务模块，所述服务模块配有至少一个操纵和服务设备，其特征在于：其设有如前所述的壳铲。

本发明的另一主题是一种斗支撑件，其用来与如前所述的夹具协同工作，用于同时紧固彼此对立的斗。其特征在于：包括如下装置，该装置用以将关于竖直平面P1基本对称的两个斗支撑并保持在位，处在这两个斗为打开的几何构造中，打开角度被设置为使得，当移除所述销之后以及当所述枢轴构件在将所述第一悬挂件与所述第二悬挂件分离的打开方向上略微旋转之后，所述可移动臂的顶部能进行竖直运动以远离所述枢轴构件，而不带动所述斗。通过这种方式，可以仅通过重力来拆卸旧斗，而无须使用另一装置来保持所述斗。使得能够引导所述斗并将所述斗保持在精确角度位置的支撑装置可以，例如，是在所述支撑件上设置的V形凹口，所述V形凹口上搁置所述斗的具有与互补形状匹配的截面的部分。

有利地，使用了第二支撑件，其设有相同的装置以将所述斗支撑并保持在位，并且设有两个新斗。如果在拆卸旧斗和附接新斗之间所述第二致动器被固定以防止所述枢轴构件旋转，那么在附接新斗期间所述第一悬挂件一与所述第二悬挂件接触就立即处于恰当位置。如前所述，斗的更换需要MSE被放置在维护车间中。利用本发明的紧固设备，用来收集废斗的斗支撑件或架——连同设有新斗的支撑件——可以被带至已定位好的电解池中。因此，可以当场非常快速地更换斗，而无需经过维护车间。因此，借助本发明，显著缩短了斗的停机时间，从而显著缩短了MSE的停机时间。通过这种方式，MSE尤其适用于电解池。

图1示意性地示出了一个典型的电解车间的截面图，该电解车间用来生产铝，并包括本发明的服务机器的一个具体实施方案。

图2是本发明的壳铲的一个具体实施方案的主视图，该壳铲被组装在可伸缩的竖直引导柱上。

图3是图2所示的实施方案的铲支架框架和铲斗的立体图。

图4是本发明的紧固设备的一部分的截面图，该紧固设备包括销以及第一组孔和第二组孔。

图5是一个用来同时紧固彼此对立的两个斗的紧固设备的关于竖直中间平面的主视图和截面图。

图6是一个适于与图5所示的设备协同工作的斗支撑件的关于竖直中间平面的主视图和截面图。

图7是图5所示的设备的关于竖直中间平面的主视图和截面图，该设备被设置在图6所示的支撑件上，并且斗已准备好同时被紧固。

用于生产铝的电解车间包括具有一个或多个电解室的液态铝生产区域。图1中示出的电解车间(1)包括电解池(2)和服务单元(5)。电解池(2)通常以行或列放置，每行或列通常包括超过一百个池。池(2)被放置为沿电解车间(1)留出一个过道。池(2)包括一系列设有金属杆(7)的阳极(4)，所述金属杆用于固定所述阳极并将它们电连接至金属阳极框架(未示出)。

服务单元(5)用于对池(2)进行操作，诸如更换阳极或者用压碎的熔融氟化铝(AlF₃)来填充进料斗。服务单元(5)也可以用于装卸各种负载，诸如罐部件、在出铝期间使用的装液态金属的勺(“长柄勺”)或阳极。服务单元(5)也可以用于在移除废阳极之后和装备新阳极之前清理阳极孔。

服务单元(5)包括：桥式吊车(6)，其能在电解池(2)上方移动；以及，一个或多个服务机器(3)，其包括能够在桥式吊车(6)上移动的可移动车架(8)。该可移动车架(8)包括旋转工具架，该旋转工具架设有多个管理和服务设备(10)，诸如工具，其中之一可以是壳铲。如前所述，该壳铲也可以在车辆而非服务机器上移动和操作，并且本发明可以应用至任何壳铲，无论它是如何移动的。

图2至图7示出了一个具体的收集单元(100)，所述收集单元是具有对应于本发明的一个实施方案的夹具的壳铲(100′)。所述壳铲(100′)被固定至可移动臂(11)，所述可移动臂在这里是铲杆(12)。所述铲杆是在竖直柱(9′)内滑动的可移动竖直柱(9″)，所述竖直柱相对于所述服务机器(3)的可移动车架(8)的旋转工具架固定。

所示出的夹具使得能够同时附接和拆卸相对于平面P1基本对称的彼此对立布置的两个斗(120a和120b)。所述夹具包括本发明的“基础”紧固设备，所述基础紧固设备与每个斗关联，且关于平面P2(其必须与P1重合)基本对称(在本例中，公共平面用P标示)，所述基础紧固设备适于固定仅一个收集容器(120)。在下文中，所述基础设备的结构元件用参考数字来标示，但是当它们在与所述斗关联的仅一个设备上示出时，它们用参考数字后面根据所指的斗添加a或b来标示。

对于每个斗(120)，所述紧固设备包括：

a.枢轴构件(115)，其被组装以在铲杆(9″)的端部绕轴线(500)旋转，并包括：

·第一横向臂(116)，其在此为分为两个凸缘(116b，116′b)，这两个凸缘用作第一悬挂件(117)的支撑件，所述第一悬挂件在此为榫(117b)；

·第二横向臂(118)，其设有第一组(119)两个孔，这两个孔沿平行于所述轴线(500)的方向对准，所述第二横向臂包括承载大直径圆柱形孔(1190)的第一凸缘(1180)和承载小直径圆柱形孔(1191)的第二凸缘(1181)；

b.位于所述斗(120)上的一组紧固件，包括一对紧固件(121b，121′b)和一个紧固件(123)；

·所述一对紧固件中的每个紧固件(121b，121′b)都设有第二悬挂件(122)，在此为槽(122b)。榫(117b)和开口(122b)协同工作，使得当所述榫与界定所述槽的第一壁(1221b)接触时，所述枢轴构件(115b)沿闭合方向旋转，使得所述榫脱离该第一接触并移动以实现与形成所述槽的另一边缘的壁(1222b)的第二接触。在所述枢轴构件的旋转期间，该第二边缘引导所述榫，直到其抵达所述槽的底部(1220b)并止动；

·另一紧固件(123)设有第二组(124)孔，所述第二组孔包括沿与所述轴线平行的方向导向的锥形孔(1240)。所述紧固件被放置在所述斗上，使得当所述枢轴构件(115b)在闭合方向上旋转直到所述榫抵达所述槽(122b)的底部(1220b)并止动时，所述第一组孔中的两个孔(1190和1191)和所述锥形孔(1240)沿共同轴线方向基本对准；所述锥形孔(1240)被放置在另一组的两个圆柱形孔(1190和1191)的中间，所述锥形孔被称为“中心的”，而所述圆柱孔被称为“周边的”；因此，形容词“锥形”和“中心”都指的是这个被其他孔围绕的孔，并且形容词“圆柱形”和“周边”都指的是这些围绕所述中心孔的孔；

c.销(130)，其用来插入对准的大直径孔(1190)、锥形孔(1240)和小直径孔(1191)并在之中滑动，所述销是具有锥形凸缘的双圆柱轴，包括：

·两个圆柱形部分(131，132)，每个圆柱形部分的直径都基本等于、略小于该部分滑动于其中的周边孔(分别为1191，1190)直径，

·以及，一个锥形中间部分(133)，所述锥形中间部分的斜率与所述锥形孔(1240)的斜率接近。

这些孔的关联使得更容易将每个斗装配至所述枢轴构件(115)，以在与所述铲杆(12)相互依赖的框架(110)上旋转。也使得能够将所述斗相对于其斗支撑件而居中，并且使得能够最小化甚至消除销与孔之间的径向和轴向窜动。所述销的这一特定形状使得所述销便于插入对准的孔，即使所述对准并不精确：将所述销穿过小直径圆柱形部分(131)，然后穿过大直径周边孔(1190)，然后穿过所述锥形孔(1240)，最后穿过小直径周边孔(1191)。在这一运动期间建立了锥形榫合，当所述轴线未精确重合时，所述锥形榫合使得能够引起承载中心孔(124)的紧固件(123)相对于承载周边孔的凸缘(1180和1181)的径向运动。

这些孔与销的关联也使得能够将所述收集容器相对于其支撑件而居中：承载小直径周边孔(1191)的凸缘(1181)设有在另一凸缘(1180)的方向上突出的套筒(1182)。所述套筒(1182)的孔即为小直径孔(1191)。突出端部(1183)具有一个横向表面(1184)，所述横向表面用作承载中心孔(1240)的紧固件(123)的壁的轴向止动件。相对于承载小直径孔(1191)的凸缘(1181)，所述突出物(1183)的轴向高度相当于承载周边孔(1190和1191)的凸缘(1180和1181)的对立面之间的距离(D)和承载中心孔(1240)的紧固件(123)的厚度(E)之差的一半。在将所述销引入对准的孔期间，当承载中心孔(124)的紧固件(123)相对于凸缘(1180和1181)未精确居中时，所述锥形榫合使得所述紧固件(123)能够抵达所述套筒的突出端部(1183)的轴向止动壁(1184)的端部，所述突出部的轴向高度允许所述壁相对于所述凸缘精确居中。

为了更好地锁紧，有利地，所述设备还补充设有如下装置，所述装置将所述销夹在位于大直径圆柱形部分(132)那侧的横向面(1321)与承载小直径周边孔(1191)的壁相互依赖的壁之间。这些装置可以，例如，包括螺钉(1401)和螺母(1404)，所述螺钉的体部插入所述销(130)的轴向孔(135)，所述螺钉的头部和所述螺母——直接或通过垫圈(1402)和(1403)——一部分承载在所述销的靠近大直径圆柱形部分(132)的端部(1321)上，另一部分承载在与所述凸缘相互依赖并位于与大直径周边孔(1190)对立那侧的横向面(11821)上。

有利地，为了消除所述斗与其支撑件之间的窜动，所述榫(117b)与大直径孔和小直径孔(1190，1191)的轴线之间的中心距为345.4mm至345.6mm，然而，在所述斗上，所述槽(122b)的底部(1220b)与所述锥形孔(1240)之间的中心距为344mm至345mm。

在本例中，为了在拆卸旧斗和附接新斗时便于操作，所述紧固设备的每个斗(120a，120b)都包括仅一个销(130a，130b)以及与所述销关联的三个孔。为了使所述夹具更好地承受垂直于所述轴线(500a，500b)的力，所述悬挂件是双份的：承载与所述榫(117b)协同工作的槽的紧固件(121b，121b′)被置于所述斗(120b)的每个轴向端部。在另一实施方案中，每个斗使用两个销和六个孔，即，每个销与三个孔关联。每组与销关联的孔都被设置在所述斗的每个轴向端部，在所述悬挂件附近，它们在本例中也是双份的。有利地，在另一实施方案中，在所述枢轴构件的每个端部都设有第一横向臂和第二横向臂，它们以如下形式组合在一起：飞镖形状的两个凸缘，该飞镖的一个端部承载圆柱形孔(小直径的用于第一凸缘；大直径的用于第二凸缘)，另一个端部用作榫的支撑件。因此，所述枢轴构件在其每一端部都通过飞镖形状的两个凸缘来承载榫和一组周边孔。在每个斗上，设有两对承载槽的紧固件和两个承载锥形孔的紧固件，每对紧固件的槽都与榫协同工作，每个锥形孔都位于一组周边孔的中间。

所述枢轴构件(115)——其被装配以在与所述铲杆(9″)相互依赖的框架(110)的坯件(111)上旋转——由两个千斤顶(200，201)致动，这两个千斤顶与所述框架相互依赖并同时工作，每个千斤顶被用于通过两个连接杆(300，301)将所述枢轴构件设定为同时旋转。所述紧固设备被设计为使得在所述斗的闭合运动期间进行紧固。所述枢轴构件(115a，115b)设有承载旋转连接的横向臂(113a-第三横向臂，113b-与第一横向臂116b重合)，所述连接杆(300)被组装在所述旋转连接上以旋转。

优选地，紧固斗对应于斗的闭合运动，相反地，旧斗在打开运动中被拆卸。有利地，在拆卸旧斗和附接新斗之间，所述千斤顶(200，201)被固定，从而阻止所述枢轴构件(115a，115b)旋转，使得在紧固新斗期间，所述榫(117a，117b)立即相对于所述槽(122a，122b)处于恰当位置。

有利地，为了便于装配所述销(130a，130b)，所述榫(117a，117b)比所述第一组孔(119a，119b)更靠近对称平面P2，并且承载所述槽(122a，122b)的紧固件(121a，121b)比承载所述锥形孔的紧固件(123a，123b)更靠近对称平面P1。

提供了一种斗支撑件(400)，其用来与上述夹具协同工作。所述斗支撑件设有如下装置，所述装置用以在所述斗为打开的几何构造中将关于竖直平面P1基本对称的两个斗(120a和120b)支撑并保持在位，打开角度被设置为使得，当移除所述销之后以及当所述枢轴构件(115a，115b)在将所述榫(117a，117b)与所述槽(122a，122b)分离的打开方向上略微旋转之后，所述铲杆(9″)的顶部能进行竖直运动以远离所述枢轴构件，而不带动所述斗。使得能够引导所述斗并将所述斗保持在精确角度位置的支撑装置可以，例如，是在所述支撑件上设置的V形凹口(410a，410b)，所述V形凹口上搁置所述斗的具有与互补形状匹配的截面的部分(120a)和(120b)。

使用了第二支撑件，其设有相同的装置以将所述斗支撑并保持在位，并且设有两个新斗。在拆卸旧斗和附接新斗之间防止所述枢轴构件旋转。通过这种方式，在附接新斗期间，所述第一悬挂件一与所述第二悬挂件接触就立即处于恰当位置。

Claims (20)

1.夹具，其用来紧固在可移动臂(11)的端部绕轴线(500)旋转的收集容器(120)，所述收集容器——通常是斗(120a，120b)——具有开口(129)，使得能够在所述旋转中收集固体残留物，所述夹具包括：

a.至少一个枢轴构件(115)，其被组装以在所述可移动臂的端部绕所述轴线(500)旋转，且包括：

·至少一个第一横向臂(116)，其被紧固至所述枢轴构件，并设有第一悬挂件(117)，以及

·至少一个第二横向臂(118)，其被紧固至所述枢轴构件，并设有在平行于所述轴线(500)的方向上的第一组(119)m个孔；

b.至少两个紧固件，其被固定至所述收集容器：

·第一紧固件(121)设有与所述枢轴构件的所述第一悬挂件协同工作的第二悬挂件(122)，使得当它们彼此接触时，所述第一紧固件(121)被用作为引导件，然后当所述枢轴构件在给定的旋转方向上绕其轴线旋转时，所述第一紧固件(121)被用作所述第一悬挂件的止动件；

·第二紧固件(123)设有在平行于所述轴线(500)的方向上的第二组(124)n个孔，使得当所述枢轴构件在所述旋转方向上旋转直到所述第一悬挂件抵达所述第二悬挂件并止动时，所述第一组m个孔和所述第二组n个孔沿共同轴线方向基本对准；

c.销(130)，其插入对准的(m+n)个孔并在之中滑动，以将所述收集容器固定至所述可移动臂的端部；

其特征在于：

d.m和n是等于或大于1的整数，乘积m*n大于1；

e.当所述(m+n)个孔基本对准时，一组中存在至少一个称为“中心孔”(1240)的孔，所述中心孔是锥形的且由另一组的两个称为“周边孔”(1190，1191)的孔围绕，所述周边孔是圆柱形的且具有不同直径；

f.所述销(130)是具有锥形凸缘的双圆柱形轴(130′)，包括：

f1)两个圆柱形部分(131，132)，每个圆柱形部分(131，132分别)的直径都基本等于、略小于该部分滑动于其中的周边孔(1190，1191)的直径，

f2)以及，锥形中间部分(133)，其斜率与所述中心孔的斜率接近。

2.根据权利要求1所述的紧固设备，其特征在于：还包括用于轴向固定(140)所述销的补充装置，例如，将所述销夹在位于大直径圆柱形部分(132)那侧的横向面(1321)与位于与大直径周边孔(1190)对立那侧的横向面(11821)上的承载小直径周边孔(1191)的壁之间的装置。

3.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于：承载所述周边孔的所述第二横向臂(118)(或所述第二紧固件)包括两个彼此平行的凸缘(1180，1181)，每个凸缘承载一个周边孔(1190，1191)，这两个凸缘的间距D大于承载所述中心孔(1240)的所述第二紧固件(123)(或所述第二横向臂)的厚度E。

4.根据权利要求3所述的夹具，其中承载小直径周边孔(1191)的凸缘(1181)设有在另一个凸缘的方向上突出的套筒(1182)，其中所述孔(1191)是小直径周边孔，并且所述突出端部(1183)用作承载所述中心孔(1240)的壁——其属于所述第二紧固件(123)(或所述第二横向臂)——的轴向止动件。

5.根据权利要求4所述的夹具，其中所述突出端部(1183)的止动壁(1184)相对于承载小直径周边孔(1191)的凸缘(1181)轴向偏离，所述轴向偏离相当于承载周边孔的凸缘(1180，1181)的对立面之间的距离D与承载中心孔(1240)的壁的厚度E之差的一半。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的夹具，其中所述销设有轴向孔(135)，并且其中轴向固定装置(140)包括螺钉(1401)和螺母(1404)，所述螺钉的体部插入所述轴向孔，所述螺钉的头部和所述螺母——直接或通过垫圈(1402，1403)——承载在所述销的靠近大直径圆柱形部分的端部上以及位于与大直径周边孔(1190)对立那侧的与承载小直径周边孔(1191)的凸缘(1181)相互依赖的横向面(11821)上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的夹具，其中所述第一悬挂件(117)和所述第二悬挂件(122)属于如下组，该组包括：平行于所述旋转轴线(500)导向的榫(117b)；以及，至少一个槽(122b)，其用来接收和引导所述榫，直到所述榫抵达所述槽的底部(1220b)并止动。

8.根据权利要求7所述的夹具，其中所述第一悬挂件(117)与所述第一组孔(119)的孔之间的中心距略大于所述第二悬挂件(122)与所述第二组孔(124)的孔之间的中心距，差距通常为十分之几毫米，当中心距为大约350mm时差距优选地为0.4mm至1.6mm。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的夹具，其中所述收集容器是由一个轴向壁(1200b)和两个横向壁(1201b，1201′b)限定的斗(120b)，其中：

-所述枢轴构件在其每个端部附近包括第一横向臂(116b，116′b)并且在其中心附近包括第二横向臂(118)，所述第一横向臂用作轴向导向的榫(117b)的支撑件，所述第二横向臂包括承载大直径孔(1190)的第一凸缘(1180)以及平行于所述第一凸缘并承载小直径孔(1191)的第二凸缘(1181)，

-所述斗的所述轴向壁包括：

·两个第一紧固件(121b，121′b)，每个第一紧固件都设有槽(122b)，这两个第一紧固件被轴向地放置且彼此相隔通常与所述榫的长度接近的距离，每个第一紧固件的每个槽用来接收并引导所述榫，直到其抵达所述槽的底部(1220b)并止动；

·第二紧固件(123b)，其设有锥形孔，使得所述锥形孔的轴线与连接所述槽的底部的曲线的中心的线之间的距离略小于所述榫的轴线与大直径孔和小直径孔的共同方向之间的距离，差距通常为十分之几毫米，当中心距为350mm时差距优选地为0.4mm至1.6mm。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的夹具，其中所述枢轴构件(115)由至少一个致动器来致动，所述至少一个致动器也被用于致动所述收集容器并被组装为与所述可移动臂相互依赖。

11.根据权利要求10所述的夹具，其中所述致动器是千斤顶(200，201)，并且所述枢轴构件包括设有铰链栓(112)的至少一个横向臂(113)，连接至所述千斤顶的杆(300)能被装配至所述铰链栓以旋转。

12.根据权利要求1所述的夹具，其中所述给定的旋转方向对应于所述收集容器的用于收集残留物的闭合运动。

13.根据权利要求12所述的夹具，其中所述第一紧固件(121)靠近所述容器(120)的开口(129)，并设有朝向与所述开口对立那侧的槽(122b)。

14.夹具，其用来同时紧固彼此对立且关于平面P1基本对称的两个斗，

其特征在于：

包括根据权利要求1至13中任一项所述的紧固设备，所述紧固设备与每个斗关联且关于平面P2基本对称，可移动臂(11)由第一致动器致动，使得在紧固时平面P1能与平面P2重合，第一斗(120a)的枢轴构件(115a)和第二斗(120b)的枢轴构件(115b)每个都具有承载与连接杆(300′)的旋转连接的至少一个横向臂(113a，113b)，所述连接杆连接至至少一个第二致动器(200)并与所述可移动臂相互依赖，所述旋转连接相对于其对应的枢轴构件(115a，115b)放置，使得对于每个斗，所述连接杆的相对运动都是关于所述平面P2基本对称的旋转运动。

15.收集单元，其包括：

可移动臂；

至少一个收集容器，其由至少一个与所述可移动臂相互依赖的致动器来致动；以及

至少一个根据权利要求1至13中任一项所述的紧固设备，其与所述收集容器关联。

16.收集单元，其包括：

可移动臂；

彼此对立的两个斗，它们通常借助连接杆由至少一个与所述可移动臂相互依赖的致动器来同时致动；以及

用于所述斗的夹具，

其特征在于：

所述夹具是根据权利要求14所述的夹具，其允许同时紧固所述斗，当所述斗已事先被设置为关于平面P1基本对称时能够进行紧固。

17.根据权利要求16所述的收集单元(100)，其特征在于：

-所述可移动臂是可移动竖直柱(9″)，其通常由桥式吊车(6)的车架(8)来承载，且由第一致动器来致动，所述第一致动器使所述可移动竖直柱沿其竖直轴线移动；

-与所述第一斗和所述第二斗关联的枢轴构件，每个枢轴构件都具有至少一个与所述可移动臂相互依赖的横向臂，所述横向臂承载与连接至至少一个第二致动器的连接杆的旋转连接，所述旋转连接被设置在每个横向臂上，使得对于每个枢轴构件，所述连接杆的相对运动都是关于基本竖直平面P2基本对称的旋转运动。

18.壳铲(100′)，其用来收集铝生产池的液体介质中的固体残留物和沉积物，尤其用来清理阳极孔，

其特征尤其在于：

其是根据权利要求17所述的收集单元，其中所述可移动竖直柱(9″)是连接至电解服务机器(3)的可移动车架(8)的旋转工具架的伸缩柱(9)的可移动部分。

19.服务机器(3)，其能在通过火法电解生产铝的工厂内使用，包括：车架(8)，所述车架能在桥式吊车(6)上移动；以及，服务模块，所述服务模块配有多个操纵和服务设备(10)，

其特征在于：

设有根据权利要求18所述的壳铲(100′)。

20.斗支撑件(400)，其用来与根据权利要求14所述的夹具协同工作以同时紧固彼此对立的斗，其中平面P1和平面P2是竖直的，

其特征在于：

包括如下装置(410a，410b)，该装置用以将关于竖直平面P1基本对称的两个斗(120a，120b)支撑并保持在位，处在这两个斗为打开的几何构造中，打开角度被设置为使得，当移除所述销之后以及当所述枢轴构件(115a，115b)在将所述第一悬挂件(117a，117b)与所述第二悬挂件(122a，122b)分离的打开方向上略微旋转之后，所述可移动臂的顶部能进行竖直运动以远离所述枢轴构件，而不带动所述斗。

Images