CN109482851A - 智能化可自动摇包的抬包清理方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种智能化可自动摇包的抬包清理方法及设备。该方法主要包括以下步骤：将需要清理的抬包放入到规定位置；启动自动摇包机构将抬包的立柱横梁摇至水平位置；将该抬包夹紧并侧翻90°；启动刀盘清理抬包内残渣并将残渣由抬包吸铝口排出；将清理后的抬包放平至初始状态；再次启动自动摇包机构将抬包的立柱横梁摇至竖直位置。采用该方法的设备，提供有自动摇包机构和倾翻装置，极大地降低工人劳动强度，改善工作环境，提高生产效率，维持正常的出铝作业。

Description

智能化可自动摇包的抬包清理方法及设备

(一)技术领域

本发明涉及一种抬包清理方法及设备，具体来说涉及一种智能化可自动摇包的抬包清理方法及采用该方法的设备。

(二)背景技术

电解铝工业发展迅速，电解槽的电流强度大、出铝效率高，与之配套的抬包也大型化，抬包中的残渣需要定期清理，抬包清理机用于电解铝企业出铝抬包内壁的清理，主要清除铝包内壁粘连的铝渣和沉淀物，传统的抬包清理主要靠人工并辅助小型设备实施，未实现机械化清理铝包，降低工人劳动强度，改善工作环境，提高生产效率，并维持正常的出铝作业。

在清理抬包之前，将包盖卸去之后，需要将抬包的横梁立柱进行旋转，以便在抬包清理机的倾翻台上将抬包倾翻大约90°之后进行清理。通常情况下，需要操作者人工旋转抬包上的手轮旋转横梁立柱，安装有电动传动机构的抬包，也可以给传动机构电机通电来旋转横梁立柱。这两种操作方式有明显的缺陷，人工转动手轮不仅劳动强度大，而且效率非常低，通电操作要频繁连接和断开电源线，增加了不安全因素。例如：

在CN101069926 A中，被清理抬包放在抬包的倾翻机构上，翻转油缸将其翻转，接着旋转机构将抬包回转，即采用转动抬包的方式，同时清理刀具伸进抬包里面，可做水平移动又可做进刀和退刀的动作，清理刀具旋转(与抬包的旋转方向相反)将粘接在抬包内壁上的渣子清理掉。由于采用转动抬包的方式，造成抬包清理设备笨重、巨大，而且制造费用高昂，清理速度慢，效率不高的问题。

在CN101108426A中，公开了清理抬包时，先将需要清理的抬包放置在固定座的定位件上，将抬包夹紧后启动清理刀具旋转，再启动进给油缸推动主机小车沿导轨运动，硬质合金刀片进入抬包内部，将抬包内壁的电解质和残留铝铣削下来，铣削下来的铝渣和附着物由铣刀杆上的螺旋叶片输送出来，流入残渣小车内，铣削产生的粉尘通过吸尘装置直接排出。但是，由于抬包通常带有立柱横梁便于行车吊起，为此生产的实际操作中不易将抬包侧立放置，需要采用人工的方式将立柱横梁收起，操作时非常不便，生产效率不高，存在工人劳动强度大的问题。

在CN101954479A中，清理机采用PLC控制器接到收此信号，并发出控制指令控制刀具旋转电机、抬包回转电机的通电或断电和倾翻油缸的活塞杆伸出或缩回。在该技术方案中，也是需要旋转笨重的抬包，同样存在要旋转抬包，存在设备笨重、巨大，而且制造费用高昂，清理速度慢，效率不高的问题。

另外在CN107081421A中，其公开了一种钟罩式可移动抬包清理机，包括吊装架、底部敞口的清理机外筒和控制机构，所述吊装架固定设置于清理机外筒顶部，清理机外筒底部固定设置于抬包上口处，所述清理机外筒顶部中心处固定安装有动力箱，动力箱中心处通过花键配合安装有空心的主轴，所述主轴的底部固定设置有清理机内筒，且清理机内筒位于清理机外筒内部，所述清理机外筒顶部动力箱外围竖直固定安装有升降油缸，所述升降油缸的自由端与清理机内筒顶部固定连接；所述清理机内筒底部固定安装清理机刀盘；所述吊装架顶部固定设置刀盘开合机构，所述刀盘开合机构和清理机刀盘之间设置刀盘开合绳，且所述刀盘开合绳从主轴中心孔内穿过；所述刀盘开合机构、动力箱和升降油缸的工作均受控制机构控制。需要手动调整立柱横梁，工作强度大，清理后的碎屑不易排出，工作环境并不友好便捷。

(三)发明内容

【要解决的问题】

本发明的目的是针对上述问题，提供一种智能化可自动摇包的抬包清理机；

本发明的另一目的是提供一种采用高精度的滑动导轨的抬包清理机，实现刀盘高精度的往复直线运动，运行平稳，极大提升了设备的运行精度，避免损伤抬包内壁的抬包清理机；

本发明的另一目的是提供一种具有大扭矩液压马达驱动的刀盘，所述刀盘具有过扭矩保护功能，动力强劲，清理效率提高；

本发明的另一目的是提供一种由液压系统为整台设备提供动力的抬包清理机，从而实现动力强劲高效清理；

本发明的另一目的是提供一种控制系统由PLC进行控制的抬包清理设备，该设备通过触摸屏实现设备的自动化和手动操作，实现设备的参数设置和故障诊断。

【技术方案】

通过以下技术方案实现上述目的：

一种智能化可自动摇包的抬包清理方法，该方法主要包括以下步骤：

a)将需要清理的抬包放入到规定位置；

b)启动自动摇包机构将抬包的立柱横梁摇至水平位置；

c)将该抬包夹紧并侧翻90°；

d)启动刀盘清理抬包内残渣并将残渣由抬包吸铝口排出；

e)将清理后的抬包放平至初始状态；

f)再次启动自动摇包机构将抬包的立柱横梁摇至竖直位置。

该抬包清理方法适于高温抬包的清理，抬包的温度应保持在500～650℃，并且在步骤a)之前还具有将抬包内残留的铝液排出的步骤。

该抬包清理方法适于高温抬包的清理，抬包的温度应保持在500～650℃，并且在步骤a)之前还具有将抬包内残留的铝液排出的步骤。

在步骤d)中，刀盘启动之后，液压马达带动刀盘旋转，同时进给油缸快进，待刀盘进入包体内进给油缸减速实现工进，进行抬包壁清理作业，待刀盘进入抬包底清理时扭矩瞬间增大，则传感器发出信息，PLC接收信息后即发出指令，进给油缸减速，若刀盘受阻则刀盘后退一小段距离，扭矩下降后PLC再次发出指令，刀盘继续前进，此动作可重复3次以便对刀具起到保护作用；清理到设定深度时刀盘自动退出，待刀盘退到初始位时，则启动步骤e)。

在步骤f)结束后，残渣小车自动启动将残渣运出；所有步骤的全部动作均由PLC自动控制，实现了抬包清理全自动作业。

一种采用上述方法的智能化可自动摇包的抬包清理设备，包括导轨机构、刀盘系统、驱动系统、倾翻夹紧装置、液压站系统和控制系统。

该设备进一步包括摇包机构，所述摇包机构包括支座21，设置在支座上的滑板19，液压缸20带动滑板19滑动，滑板19上设置有摇臂18，摇臂18上带有卡爪16和液压马达17。

所述导轨机构采用滑动导轨，所述导轨机构包括进给油缸39、下滑板38、上滑板37和安装立柱40，其中安装立柱40设置在下滑板38和上滑板37之间并固定；进给油缸39则一端固定到导轨机构上，另一端则活动联接到刀盘系统上。

所述刀盘系统包括滑动小车31，所述滑动小车31可滑动地设置于导轨机构中，所述滑动小车31上设置有至少两个用于支撑驱动轴29的轴承座30，在驱动轴29前端设有刀盘28。

所述倾翻夹紧装置包括设置在底部的倾翻机构底座11，所述倾翻机构底座 11上铰接有可由倾翻液压缸14带动倾翻的倾翻座13，在倾翻座13上设置有多个固定夹紧座12和至少一个活动夹紧座15，用于将抬包夹紧固定。

所述刀盘的端面结构为刀盘端面装有硬质合金刀头，端面上装有6组硬质合金刀头，分六点均布圆周，共计39个刀头；抬包内壁清理螺旋叶片材料由Q235 制作。

还带有残渣小车，所述小车具有车体26，以及设置在车体26上的渣箱，用于盛放从抬包中清理出的残渣，在车体26的前端还设置有减速机总成27，用于驱动残渣小车移动。

所述的活动夹紧座15包括活动夹紧支座体24，以及设置在活动夹紧支座体 24上的夹紧座滑板22和夹紧液压缸23，所述夹紧液压缸23带动夹紧座滑板22 移动用于固定待清理的抬包。

所述的液压站系统和控制系统相连，由控制系统控制各个相应设备的动作，从而完成清理工作。

【有益效果】

具体地说，本发明的优点如下：

本抬包清理机采用自动摇包机构，能够自动完成抬包的清理；并在在国内率先采用高精度的滑动导轨取代了国内现有技术的滚动导轨，实现刀盘高精度的往复直线运动，运行平稳，极大地大提升了设备的运行精度，减少了由于滚动导轨间隙产生的机械振动，使得各联接部件的使用寿命大幅度提高，显著地提供了抬包清理机的运行可靠性，降低了维护费用。

本抬包清理机采用大扭矩液压马达，动力强劲，清理效率提高。本抬包清理机结构紧凑，维护方便。本抬包清理机的大直径刀盘安装多个硬质合金刀头，实现抬包内部和底部的高效清理。本抬包清理机随机提供自动摇包机构和倾翻装置，极大地降低工人劳动强度。

(四)附图说明

图1为抬包清理设备的立体视图；

图2为抬包清理设备的剖面主视图；

图3为自动摇包机构的主视图；

图4为自动摇包机构的立体视图；

图5为导轨机构的主视图；

图6为导轨机构的立体视图；

图7为刀盘系统的主视图；

图8为刀盘系统的立体视图；

图9为倾翻夹紧装置的主视图；

图10为倾翻夹紧装置的立体视图；

图11为活动夹紧支座的主视图；

图12为活动夹紧支座的立体视图；

图13为残渣小车的主视图；

图14为残渣小车的立体视图；

图15为刀盘工作面示意图；

图16为摇包机构的侧视图；

图17为摇包机构的主视图；

图18为工作中摇包机构的侧视图。

(五)具体实施方式

如图1、2中所示，该智能化可自动摇包的抬包清理设备属于电解铝行业的抬包清理机。该设备包括倾翻夹紧装置1、摇包机构2、集尘罩4、刀盘系统5、导轨机构6、电控柜7、液压站8、操作台9和残渣小车10。将待清理的抬包3 放入到倾翻夹紧装置1中，经过两个固定夹紧支座12和两个活动夹紧支座15 配合固定后，可以将抬包3倾翻竖起，此时设备右侧设置在导轨机构6上的刀盘系统5在液压驱动下同时启动刀盘旋转并向抬包内进刀，掉落的残渣则滑落到设备底部的残渣小车10中。

如图3、4所示，该设备的摇包机构2包括支座21，设置在支座上的滑板 19，液压缸20带动滑板19滑动，滑板19上设置有摇臂18，摇臂18上带有卡爪16和液压马达17。摇包机构2是配合抬包清理机使用的自动化装置。

本发明的摇包机构2完全实现了旋转抬包横梁立柱的自动化操作，极大地减轻了操作者的劳动强度，而且安全、高效。该摇包机构2由液压马达17驱动的卡爪16、液压缸20驱动的滑板19、摇臂18和支座21等主要部件组成。由于旋转横梁立柱的操作不与其他操作同时进行，摇包机构的驱动可以并入抬包清理机的液压系统中，便于统一的驱动和控制。

摇包机构2包括支座21，设置在支座上的滑板19，液压缸20带动滑板19 滑动，滑板19上设置有摇臂18，摇臂18上带有卡爪16和液压马达17，液压马达17驱动卡爪16旋转，滑板19上带有限位块22。

本摇包机构2安装在抬包清理机的倾翻台旁边，摇臂18的旋转轴与抬包蜗轮同心，限位块22使初始位置的卡爪盘与手轮轴同心。开始摇包操作时，按下启动按钮，液压缸20将滑板19向前推动，卡爪16插入手轮辐空档中，液压马达17启动并驱动卡爪16带动手轮旋转，当横梁立柱旋转到所需位置时，安装在限位块22上的限位开关使液压马达17停止，液压缸20将滑板19向后推动，使卡爪16脱离手轮辐，接着可以倾翻抬包进入清理程序。

当抬包清理完成并倾翻回位以后，可以先将包盖安装，然后按下摇包机构2 的复位按钮，液压缸20将滑板19向前推动，卡爪16插入手轮辐空档中，液压马达17启动并驱动卡爪16带动手轮反向旋转，当横梁立柱旋转到竖直位置时，安装在限位块22上的限位开关使液压马达17停止，液压缸20将滑板19向后推动，使卡爪16脱离手轮辐，完成一次工作循环。

如图5、6所示，该导轨机构6采用滑动导轨，所述导轨机构6包括进给油缸39、下滑板38、上滑板37和安装立柱40，其中安装立柱40设置在下滑板38 和上滑板37之间并固定；进给油缸39则一端固定到导轨机构上，另一端则活动联接到刀盘系统上。

如图7、8中所示，刀盘系统5包括滑动小车31，所述滑动小车31可滑动地设置于导轨机构中，所述滑动小车31上设置有至少两个用于支撑驱动轴29 的轴承座30，在驱动轴29前端设有刀盘28。

如图9、10中所示，该倾翻夹紧装置1包括设置在底部的倾翻机构底座11，所述倾翻机构底座11上铰接有可由倾翻液压缸14带动倾翻的倾翻座13，在倾翻座13上设置有多个固定夹紧座12和至少一个活动夹紧座15，用于将抬包夹紧固定。

如图11、12所示，所述的活动夹紧座15包括活动夹紧支座体24，以及设置在活动夹紧支座体24上的夹紧座滑板22和夹紧液压缸23，所述夹紧液压缸 23带动夹紧座滑板22移动用于固定待清理的抬包。

如图13、14所示，该设备还带有残渣小车10，所述小车具有车体26，以及设置在车体26上的渣箱，用于盛放从抬包中清理出的残渣，在车体26的前端还设置有减速机总成27，用于驱动残渣小车移动。

如图15所示，所述刀盘的端面结构为刀盘端面装有硬质合金刀头，端面上装有6组硬质合金刀头，分六点均布圆周，共计39个刀头；抬包内壁清理螺旋叶片材料由Q235制作。

图16-18是摇包机构在摇包过程中的示意图。

所述的液压站系统和控制系统相连，由控制系统控制各个相应设备的动作，从而完成清理工作。

该设备属于在国内率先采用高精度的滑动导轨取代了国内现有技术的滚动导轨，实现刀盘高精度的往复直线运动，运行平稳，极大地大提升了设备的运行精度，减少了由于滚动导轨间隙产生的机械振动，使得各联接部件的使用寿命大幅度提高，显著地提供了抬包清理机的运行可靠性，降低了维护费用。

本抬包清理机采用大扭矩液压马达，动力强劲，清理效率提高。本抬包清理机结构紧凑，维护方便。本抬包清理机的大直径刀盘安装多个硬质合金刀头，实现抬包内部和底部的高效清理。本抬包清理机随机提供自动摇包装置和倾翻装置，极大地降低工人劳动强度。

该抬包清理机主要包括：摇包机构2、倾翻夹紧装置1、导轨机构6、驱动系统、刀盘28、残渣小车10、液压站系统、控制系统、除尘系统4(由用户自备)等。根据用户需求还可安装流铝口清理装置。摇包机构2通过液压马达操纵旋转待清抬包手轮，在清包前将抬包3的立柱横梁摇至合适位置，在清包完成后再将立柱横梁摇至初始位置，倾翻夹紧装置1将待清抬包3夹紧并翻转90°至工作位置，导轨机构6用于刀盘28的支撑和导向，驱动系统包括旋转切削系统和进给系统，残渣小车用于收集清理掉的残渣，液压系统为整台设备提供动力。

具体的生产过程如下：当被清理的真空抬包3运送到抬包清理车间后，抬包内温度在550～600℃。利用车间行车将抬包吊下安放在抬包固定支座上(专用支座)，由人工将吸铝管、包盖拆下，将包盖吊运到包盖放置平台之上，然后再利用行车将包体吊起一定高度后利用抬包自身电动传动装置将抬包旋转 90°，将抬包内的残留铝液倒入专用容器内，之后将抬包3复位，将抬包3按照要求方向放置在倾翻夹紧装置1上，待抬包3放稳后启动液压站，手动按下摇包按钮，摇包机构2将抬包立柱横梁摇至指定位置，夹紧机构动作将抬包3卡紧并倾翻90°。之后按下自动按钮，液压马达启动刀盘旋转、进给油缸快进，待刀盘进入抬包体内进给油缸减速实现工进，进行包壁清理作业，用时30～45min，待刀盘进入包底清理时扭矩瞬间增大，则传感器发出信息，PLC接收信息后即发出指令，进给油缸减速实现工进II，若刀盘受阻则刀盘后退一小段，扭矩下降后 PLC再次发出指令，刀盘继续前进，此动作重复3次程序设定，对刀具起到保护作用。清理到一定深度时刀盘自动退出，具体深度由人为设定，待刀盘退到初始位时，倾翻夹紧机构反向倾翻90°，之后卡紧机构松开，摇包机构2动作，将抬包立柱横梁摇至竖直位置，残渣小车自动启动将残渣运出，全部动作均由PLC 自动控制，实现了抬包清理全自动作业。

具体来说，整个过程包括摇包、抬包夹紧倾翻、刀盘进给、切削排屑、刀盘退回、夹具松开，并可采用手动和自动两种模式控制。需要清理的出铝抬包，利用车间的天车吊起并放置在倾翻夹紧机构上，摇包机构将抬包立柱横梁摇至指定位置，夹紧机构动作将抬包卡紧并倾翻90°。抬包内壁用切削原理进行清理，刀具旋转和轴向进给运动同步进行，清理出的残渣由螺旋叶片带出，落到位于包口下方的残渣小车里；残渣小车装满残渣后，由残渣小车上的电机及减速装置拖动小车沿轨道横向移出，人工收回处理。全部运动连续控制，刀盘旋转和工进与液压系统压力联锁。旋转和进给运动由液压系统驱动，双马达驱动。抬包清理机适于高温抬包的清理，抬包体内温度应保持在500～650℃左右。高效除尘系统保证作用现场无粉尘污染，改善作用环境，可以进行选择性安装。

清理作业开始，装有硬质合金刀头的刀盘旋转并进刀，当刀盘达到最大转矩(遇阻)时进给机构反向后退一小节，当刀盘扭矩降低时，刀盘再正向前进给。如此往复可达设定次数，直到克服所遇阻力。

控制系统：

抬包清理机控制系统采用AB CompactLogix系列1769可编程控制器，实现过程控制。考虑到现场可变因素，设计I/0冗余点数大于10％。本地控制在就地控制台完成。系统设有手动和自动两种工作方式。手动方式一般用于检修和故障后的试运行及单个动作的开停控制，自动控制可实现抬包清理工作循环的联动控制。主控制台安装大屏幕触摸屏，实现操作控制和信息显示。按钮、端子、继电器等关键元器件选用施耐德产品。为了保证系统正常运行，控制系统可对设备的故障及报警进行显示及诊断，其中故障信号显示，主要包括电气系统故障及液压系统故障。电气系统故障包括短路、缺相等，液压故障包括油泵过载、油温过高、过低、油位过低、油路堵塞等。故障发生时，设备会自动停机。报警发生时，有效的保证报警信号显示。控制台设有“急停”按钮，有任何故障，均可按急停按钮停止作业。

Claims (10)

1.一种智能化可自动摇包的抬包清理方法，该方法主要包括以下步骤：

a)将需要清理的抬包放入到规定位置；

b)启动自动摇包机构将抬包的立柱横梁摇至水平位置；

c)将该抬包夹紧并侧翻90°；

d)启动刀盘清理抬包内残渣并将残渣由抬包吸铝口排出；

e)将清理后的抬包放平至初始状态；

f）再次启动自动摇包机构将抬包的立柱横梁摇至竖直位置。

2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于：该抬包清理方法适于高温抬包的清理，抬包的温度应保持在500～650℃，并且在步骤a)之前还具有将抬包内残留的铝液排出的步骤。

3.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于：该抬包清理方法适于高温抬包的清理，抬包的温度应保持在500～650℃，并且在步骤a)之前还具有将抬包内残留的铝液排出的步骤。

4.根据权利要求1-3中所述的方法，其特征在于：在步骤d)中，刀盘启动之后，液压马达带动刀盘旋转，同时进给油缸快进，待刀盘进入包体内进给油缸减速实现工进，进行抬包壁清理作业，待刀盘进入抬包底清理时扭矩瞬间增大，则传感器发出信息，PLC接收信息后即发出指令，进给油缸减速，若刀盘受阻则刀盘后退一小段距离，扭矩下降后PLC再次发出指令，刀盘继续前进，此动作可重复3次以便对刀具起到保护作用；清理到设定深度时刀盘自动退出，待刀盘退到初始位时，则启动步骤e)。

5.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于：在步骤f)结束后，残渣小车自动启动将残渣运出；所有步骤的全部动作均由PLC自动控制，实现了抬包清理全自动作业。

6.一种采用权利要求1-6中所述方法的智能化可自动摇包的抬包清理设备，包括导轨机构、刀盘系统(5)、驱动系统(8)、倾翻夹紧装置(1)、液压站系统(8)和控制系统。

7.根据权利要求6中所述的设备，其特征在于：还进一步包括摇包机构，所述摇包机构包括支座(21)，设置在支座(21)上的滑板(19)，液压缸(20)带动滑板(19)滑动，滑板(19)上设置有摇臂(18)，摇臂(18)上带有第一液压马达(16)和第二液压马达(17)。

8.根据权利要求7中所述的设备，其特征在于：所述导轨机构采用滑动导轨，所述导轨机构包括进给油缸(39)、下滑板(38)、上滑板(37)和安装立柱(40)，其中安装立柱(40)设置在下滑板(38)和上滑板(37)之间并固定；进给油缸(39)则一端固定到导轨机构上，另一端则活动联接到刀盘系统上。

9.根据权利要求8中所述的设备，其特征在于：所述刀盘系统包括滑动小车(31)，所述滑动小车(31)可滑动地设置于导轨机构中，所述滑动小车(31)上设置有至少两个用于支撑驱动轴(29)的轴承座(30)，在驱动轴(29)前端设有刀盘(28)。

10.根据权利要求7或8中所述的设备，其特征在于：所述倾翻夹紧装置包括设置在底部的倾翻机构底座(11)，所述倾翻机构底座(11)上铰接有可由倾翻液压缸(14)带动倾翻的倾翻座(13)，在倾翻座(13)上设置有多个固定夹紧座(12)和至少一个活动夹紧座(15)，用于将抬包夹紧固定。