CN205170991U - 一种用于铝电解生产的阳极更换系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于铝电解生产的阳极更换系统。包括设有行程测量装置的阳极提升机构、阳极夹具、阳极测高装置和控制系统；所述阳极测高装置包括测量升降杆、驱动测量升降杆运动的导向机构、测量横杆；所述导向机构设有计量测量升降杆升降行程的计量装置；所述导向机构与阳极提升机构固定连接，所述测量升降杆的上端与导向机构连接，所述测量升降杆的下端与测量横杆连接，所述阳极提升机构和导向机构分别与控制系统连接。采用本实用新型系统更换阳极时，无需固定平台，无需对新残极进行多次吊运，换极效率高；更换阳极工作能够全部在电解多功能机组操作室完成，大大降低了划线操作者的劳动强度，又消除了安全隐患，具有重要的推广应用价值。

Description

一种用于铝电解生产的阳极更换系统

技术领域

本实用新型涉及铝电解领域，更具体地，涉及一种用于铝电解生产的阳极更换系统。

背景技术

在铝电解的生产过程中，阳极炭块会随着电解的进行而不断地消耗，消耗到一定程度就需要进行更换。被损耗需更换的阳极叫做旧极，也称残极，替换的阳极叫做新极。根据铝电解的生产工艺要求，新极的底掌平面要与残极的底掌平面在电解槽中的同一水平面上，以实现电流均衡。因此，进行阳极更换时，需要对新旧阳极进行测高定位，此过程需运用铝电解多功能机组协助。

目前更换阳极时对阳极测高定位的方法有以下几种：1、传统的人工划线法，人需要爬到电解槽上方去，不安全，劳动强度大，且误差大，工作效率低；2、使用重力感应进行测量，不利于多阳极的更换；3、使用升降装置加激光装置进行测量的，但由于激光受高温的残极炭块的光谱干扰容易产生误动作，影响换极精度。此外，国外恩凯诺尔(法国REEL集团)开发出的一套测高系统主要由DJCG-Ⅱ型测高装置和DJCG-Ⅱ型可移动阳极水平比较基两个部分组成。但是这套系统在实际应用过程中并不是很理想，由于要通过一套水平比较基，效率比较低；同时，其精度得不到保证，通过使用阳极测高平台更换的阳极16小时合格率也不是很稳定；在装极过程中如遇到铝电解多功能机组故障，还会出现丢失数据情况，比较难处理。国内中国有色沈阳冶金机械有限公司也做过类似地面比较基的阳极测高装置，但其应用也没有推广开。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于铝电解生产的阳极更换系统，所述更换阳极装置克服了传统的人工划线法的不安全、劳动强度大、且误差大、工作效率低的缺陷，克服了使用重力感应进行测量不利于多阳极的更换的缺陷，也克服了使用升降装置加激光装置进行测量技术换极精度不够的缺陷，具有自动化操作程度高、劳动强度降低、换极效率高、精度高的特点。

本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种用于铝电解生产的阳极更换系统，包括设有行程测量装置的阳极提升机构、阳极测高装置和控制系统；所述阳极测高装置包括测量升降杆、驱动测量升降杆运动的导向机构、测量横杆，所述测量升降杆的上端与导向机构连接，其下端与测量横杆连接；所述导向机构与阳极提升机构固定连接，所述阳极提升机构和导向机构分别与控制系统连接；所述导向机构设有计量测量升降杆升降行程的计量装置；所述阳极提升机构下端设置阳极夹具。

优选地，所述驱动测量升降杆运动的导向机构还包括导杆和设置于导杆上的驱动器一和传动装置；所述导杆固定于阳极提升机构，所述传动装置分别与驱动器一和测量升降杆连接。

优选地，所述驱动器一为电机、液压马达、气动马达的一种；所述传动装置为减速器机构、直线运动单元机构、钢丝卷轮机构的一种或多种。

优选地，所述传动装置为直线运动单元机构，所述直线运动单元机构分为驱动部分和导向部分；所述驱动部分包括丝杆、皮带的一种以及滑块；所述导向部分包括滚珠导杆、滑轨、导轮导轨的一种；所述滑块一端与丝杆或皮带连接，另一端与测量升降杆的上端连接；所述直线运动单元机构的输入端与驱动器一或减速机构连接。

进一步优选地，所述滑块上设有支撑件，所述滑块经支撑件与所述测量升降杆连接，所述测量升降杆的上端设有防止滑块掉落的限位件。进一步地，所述滑块上设有支撑件，所述测量升降杆设有轴承座，所述支撑件与测量升降杆的轴承座连接。

优选地，所述计量装置所述计量装置为设置于驱动器一的编码器或设置于传动装置的位移传感器；所述位移传感器或编码器与控制系统电气连接

优选地，所述导向机构通过支架设置于阳极提升机构的外壁。

优选地，所述导向机构的上下两端或导向机构上下两端的支架上分别设有限位开关，所述限位开关与控制系统电气连接。可以很好地防止由于误操作或惯性导致测量升降杆移动超量程冲顶。

优选地，还包括驱动器二，所述驱动器二为电机、液压马达、气动马达、气缸、液压缸的一种；所述驱动器二与所述测量升降杆连接并驱动测量升降杆绕轴线旋转，所述驱动器二与控制系统电气连接。

优选地，所述驱动器二或测量升降杆上设有限制测量升降杆旋转角度的限位装置。

优选地，所述限位装置包括设置于测量升降杆的定位片和限位开关，所述限位开关与控制系统电气连接。

优选地，所述限位开关为传感器或机械式限位开关。

优选地，所述测量横杆与测量升降杆通过螺栓固定连接。

优选地，所述测量横杆铰接于测量升降杆，可实现对测量横杆的过载保护。

所述铰接可选的方案之一，所述测量横杆的一端通过扭转弹簧铰接于测量升降杆。

所述铰接可选的方案之二，所述测量横杆的中部通过弹簧与测量升降杆连接。

所述铰接可选的方案之三，所述测量横杆的一端设有配重块，测量升降杆设有驱动装置，驱动装置连接活动头，所述活动头与测量横杆铰接。

优选地，所述测量横杆包括驱动装置和伸缩杆，所述伸缩杆与测量升降杆连接，所述驱动装置驱动伸缩杆伸缩。

优选地，所述测量横杆上设有感应受力的测力装置。

本实用新型所述更换系统，其中所述控制系统包括对阳极升降机构升降进行控制、对测量杆升降驱动及限位动作、测量杆旋转进行控制的PLC装置和/或伺服驱动装置。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型不仅科学设计了更换阳极时能进行自动测高的装置，而且优化了阳极提升机构、阳极测高装置和控制系统之间的结构关系以及测量升降杆、驱动测量升降杆运动的导向机构、测量横杆、计量装置的结构设计，提供了一种整体化的更换系统，自动化操作程度高，克服了传统的人工划线法的不安全、劳动强度大、且误差大、工作效率低的缺陷；各部位结构合理，连接运作顺畅，换极效率高，克服了使用重力感应进行测量不利于多阳极的更换的缺陷；精度高，克服了使用升降装置加激光装置进行测量技术换极精度不够的缺陷。

具体地来说，本实用新型由于使用了更换阳极时能进行自动测高的装置，无需固定平台，无需对新极残极进行多次吊运，换极效率高；更换阳极工作能够全部在电解多功能机组操作室完成，大大降低了划线操作者的劳动强度，又消除了安全隐患；同时，电解槽的电流效率得到了提高，电解槽的产量也得到了增加，经济及社会效益十分显著。因此，具有重要的实际应用推广价值。

附图说明

图1为实施例1所述阳极更换装置的结构示意图；

图2为实施例1测量升降杆左视图；

图3为实施例1限位装置的主视图；

图4为实施例1限位装置的左视图；

图5为实施例1限位装置的俯视图；

图6为实施例1扭转弹簧测量横杆的主视图；

图7为实施例1扭转弹簧测量横杆的左视图；

图8为实施例2拉伸螺旋弹簧控制测量横杆的结构示意图；

图9为实施例3导向机构的结构示意图；

图10为实施例3电机驱动丝杆控制测量横杆的结构示意图；

图11为实施例4液压缸控制测量横杆的结构示意图；

图12为实施例5气缸或液压缸控制测量升降杆旋转的结构示意图；

图13为阳极更换装置的测量原理图；

图14为实施例1的行程测量装置结构示意图；

图15为实施例6测量横杆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种用于铝电解生产的阳极更换系统，包括设有行程测量装置的阳极提升机构5、阳极测高装置和控制系统；所述阳极测高装置包括测量升降杆2、驱动测量升降杆运动的导向机构1、测量横杆3，所述测量升降杆2的上端与导向机构1连接，其下端与测量横杆3连接；所述导向机构1与阳极提升机构5固定连接，所述阳极提升机构5和导向机构1分别与控制系统(图中未标示)连接；所述导向机构1设有计量测量升降杆升降行程的计量装置；所述阳极提升机构5下端设置阳极夹具6。

所述控制系统包括对阳极升降机构升降进行控制、对测量杆升降驱动及限位动作、测量杆旋转进行控制的PLC装置和伺服驱动装置。

如图14所示，所述阳极提升机构5中的行程测量装置包括齿条13，与齿条相适配的齿轮14，以及编码器；所述齿条13固定在阳极提升机构5的运动件上；所述齿轮14固定在阳极提升机构5的固定件上；所述编码器与齿轮14固定连接；所述编码器与控制系统电气连接；当阳极提升机构进行伸缩工作时，液压缸驱动齿条13带动齿轮14动作，所述与齿轮14相固定的编码器测得运动的距离。

所述行程测量装置安装在阳极提升机构与阳极测高装置相对的一侧上。

所述驱动测量升降杆运动的导向机构1包括导杆和设置于导杆上的驱动器一和传动装置；所述导杆固定于阳极提升机构5，所述传动装置分别与驱动器一和测量升降杆2连接。所述驱动器一可以为伺服电机；所述传动装置可以为减速器机构、直线运动单元机构。

如图2所示，所述直线运动单元机构包括丝杆、滑块12和滑轨；所述滑块12的一端与丝杆连接，另一端与测量升降杆2的上端连接；所述直线运动单元机构的输入端与减速器机构连接。

导向机构1由固定在直线运动单元机构一侧的伺服电机11驱动丝杆滑块12通过滑轨进行升降。测量升降杆2通过轴承座固定在滑块12上，随滑块12的升降而升降。

为了避免测量升降杆1升降时与阳极炭块残渣发生干扰，在测量升降杆上设有至少一个节点4，所述节点4处两端的测量升降杆2在平行于测量杆方向上存在相对位移，各节点处两端测量升降杆2相对位移方向一致，如此增大测量升降杆2与阳极炭块的横向间距。

所述滑块上设有支撑件，所述滑块经支撑件与所述测量升降杆连接，所述测量升降杆的上端设有防止滑块掉落的限位件。进一步地，所述滑块上设有支撑件，所述测量升降杆设有轴承座，所述支撑件与测量升降杆的轴承座连接。

如图3～5所示，所述测量升降杆2通过轴承座83固定在支撑件84上，所述支撑件84固定在阳极升降机构5上。所述限位装置包括设置于测量升降杆2的定位片81和设置于测量升降杆2两侧的一对传感器8，所述定位片81与测量升降杆2固定连接，所述传感器8通过支架82固定于支撑件84上。所述一对传感器分为传感器一和传感器二，分别处于同一水平线上，所述水平线垂直于测量升降杆轴线；所述定位片81为扇形，扇形的夹角为90度。

当微型电机21驱动测量升降杆2旋转，置于测量升降杆2的定位片81随之旋转，当传感器8感应到定位片81时，将感应信号传递给控制系统，控制系统进而控制微型电机21的启停。

当传感器一感应到定位片81，将感应信号一传递给控制系统，测量升降杆2继续朝同一方向旋转，当传感器二感应到定位片81，将感应信号二传递给控制系统，可知从接收到传感器一到接收到传感器二的信号这段时间里，测量升降杆2的旋转角度a为90度。根据接收到传感器一、传感器二的信号次数、次序，以及定位片81同测量横杆3固定安装的位置关系，从而控制测量横杆3的旋转位置。

进行测量前，微型电机21驱动测量杆2旋转使测量横杆3旋转至远离残极7的一端。

伺服电机11驱动测量升降杆2下降，降到测量横杆3低于残极7的底掌平面时，微型电机驱动测量升降杆2旋转，使测量横杆3置于残极7的底掌平面下方。

如图6～7所示，测量横杆3进行了过载保护设置，所述测量横杆3的一端通过扭转弹簧31铰接于测量升降杆2。当进行测量时，测量横杆3的自由端受到来自阳极炭块垂直向下的压力，利用扭转弹簧31产生的反向扭矩避免测量横杆2过载。

如图13所示，下降阳极提升机构5，阳极夹具2从初始平面L1下降抓取到残极7停止，由安装在阳极提升机构5上的行程测量装置计算阳极提升机构5从移动到停止时所移动的距离H1。

阳极提升机构5提升残极7至初始平面L11。测量横杆3下降测量残极7的底掌平面，通过对伺服电机设置力矩保护值以控制测量横杆2的停止，即当感应的力矩值大于设定值时，测量横杆停止。与伺服电机连接的编码器测出测量横杆3从初始位置到停止位置所移动的距离H11。

同理，提升新极9时，阳极提升机构5移动使测量横杆3位于与提升残极7时的同一初始平面，下降测量横杆3至其低于新极9的底掌平面。测量横杆2停止移动，与伺服电机连接的编码器计算测量横杆3从初始位置到停止位置所移动的距离H22。

所述初始平面L1，L11由阳极提升机构伸缩的距离进行确定。所述测量横杆的初始位置为测量升降杆处于收缩的极限位置时测量横杆所处的位置。

由此，计算出更换新极9时阳极提升机构5从初始平面L1到新极的目标位置移动的距离为H1-|H11-H22|。

用阳极夹具6提取新极9，将新极9放到计算出的新极目标位置。

实施例2

实施例2与实施例1不同之处在于，测量升降杆2的升降驱动器一，测量升降杆旋转驱动器二，直线单元运动机构以及测量横杆3的过载保护方式。

测量升降杆2的升降驱动器一为气动马达或液压马达。

测量升降杆2的旋转驱动器二为气动马达或液压马达。

直线运动单元机构包括丝杆、滑块和导杆。由固定在直线运动单元机构一侧的气动马达或液压马达驱动丝杆带动滑块12在导杆上移动进行升降。

如图8所示，测量升降杆2与测量横杆3铰接；在测量升降杆与测量横杆间还设有一拉伸螺旋弹簧32，所述拉伸螺旋弹簧32的两端分别与测量升降杆2和测量横杆3固定连接。当进行测量时，测量横杆3的自由端受到来自阳极炭块垂直向下的压力，利用拉伸螺旋弹簧32的拉力避免测量横杆过载。

所述测量横杆3的自由端设有压力传感器，所述压力传感器与控制系统电气连接。测量时压力传感器感应来自阳极炭块底掌平面的压力，当压力值超过限定值时，测量横杆停止移动。

实施例3

实施例3与实施例1和/或实施例2不同之处在于，导向机构，测量升降杆2的升降驱动器一和测量横杆3的过载保护方式。

如图9所示，为实施例3计量装置和导向机构的结构示意图。

所述计量装置包括齿条机构96、与齿条机构啮合的齿轮95、编码器或位移传感器；所述齿条机构96设置于测量升降杆2上，所述齿轮固定在导杆93上，所述编码器或位移传感器与齿轮95固定连接。

所述导向机构包括导杆93，设置在导杆93上方的电机11，钢丝卷轮机构；所述导杆93固定连接阳极提升机构。

所述钢丝卷轮机构包括定滑轮91，钢丝绳92，导向轮94；所述定滑轮通过钢丝绳92与测量升降杆2连接，所述测量升降杆通过导向轮移动。

通过驱动器一11驱动定滑轮91带动钢丝绳92移动以带动齿条96移动，从而带动齿轮95转动；通过固定在齿轮95上的编码器以测得测量升降杆的升降距离。

测量升降杆2的升降驱动器一11为电机。

如图10所示，电机33驱动丝杆可伸缩式控制。测量横杆3包括驱动器33和伸缩杆，所述伸缩杆与测量升降杆2连接，所述驱动器33驱动伸缩杆伸缩。所述驱动器为电机。

测量横杆3通过电机33丝杆驱动，可进行伸缩。当提升测量横杆3，使触头331接触到阳极底掌平面，触头331为一测力装置，受到压力时将信号反馈给控制系统，进而控制测量升降杆2的停止时机，测得移动的距离。

实施例4

实施例4与实施例1、实施例2和/或实施例3不同之处在于，测量升降杆2的传动装置以及测量横杆3的过载保护方式。

测量升降杆传动装置为直线运动单元机构；所述直线运动单元机构包括皮带、滑块和导轮导轨。由固定在直线运动单元机构一侧的电机驱动皮带带动滑块12在导轮导轨上移动进行升降。

如图11所示，测量横杆3的过载保护转动为液压缸配重块保护。所述测量横杆3与测量升降杆2铰接，测量横杆3的一端设有配重块341，测量升降杆2设有液压缸34，液压缸34的活动头与测量横杆3铰接，所述测量升降杆2设有限制测量横杆转动的限位块。

电机11驱动测量升降杆2上升，测量横杆3随之上升。当测量横杆3接触到阳极炭块7的底掌平面，若测量横杆继续上升，此时配重块341可用于平衡测量横杆3受到的来自阳极炭块7垂直向下的压力F。当F作用力大于配重块341的重力时，横杆就转动达到保护目的。液压缸11可带动测量横杆3上下升降，用于收放测量横杆3，以减少测量横杆3对空间位置的占用。

实施例5

实施例5与实施例1、实施例2、实施例3和/实施例4不同之处在于，传动装置，测量升降杆2的旋转驱动方式。

所述传动装置为直线运动单元机构；所述直线运动单元机构包括皮带、滑块和滑轨。所述滑块12的一端与皮带连接，另一端与测量升降杆2的上端连接；由固定在直线运动单元机构一侧的电机驱动皮带带动滑块12在滑轨上移动进行升降。

如图12所示为测量升降杆2的俯视图。

所述驱动器二211为气缸或液压缸。

驱动器二211的活动端与测量升降杆铰接，铰接点位于测量升降杆2上端。测量升降杆2的旋转驱动为驱动器二211带动测量升降杆2围绕其轴线方向做回转转动。

实施例6

实施例6与实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和或实施例5的不同之处在于，传动装置，测量升降杆2与测量横杆3的连接方式。

所述传动装置为直线运动单元机构；所述直线运动单元机构包括皮带、滑块和导轮导轨。所述滑块12的一端与皮带连接，另一端与测量升降杆2的上端连接；由固定在直线运动单元机构一侧的电机驱动皮带带动滑块12在导轮导轨上移动进行升降。

如图15所示，测量升降杆2与测量横杆3通过螺栓固定连接。

所述测量横杆3上设有测力装置331。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型的技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，包括设有行程测量装置的阳极提升机构、阳极测高装置和控制系统；所述阳极测高装置包括测量升降杆、驱动测量升降杆运动的导向机构、测量横杆，所述测量升降杆的上端与导向机构连接，其下端与测量横杆连接；所述导向机构与阳极提升机构固定连接，所述阳极提升机构和导向机构分别与控制系统连接；所述导向机构设有计量测量升降杆升降行程的计量装置；所述阳极提升机构下端设置阳极夹具。

2.根据权利要求1所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述驱动测量升降杆运动的导向机构还包括导杆和设置于导杆上的驱动器一、传动装置；所述导杆固定连接阳极提升机构，所述传动装置分别与驱动器一和测量升降杆连接。

3.根据权利要求2所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述驱动器一为电机、液压马达或气动马达中的一种；所述传动装置为减速器机构、直线运动单元机构、钢丝卷轮机构的一种或多种。

4.根据权利要求3所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述传动装置为直线运动单元机构，所述直线运动单元机构分为驱动部分和导向部分；所述驱动部分包括丝杆、皮带的一种以及滑块；所述导向部分包括滚珠导杆、滑轨、导向轮的一种；所述滑块的一端与丝杆或皮带连接，另一端与测量升降杆的上端连接；所述直线运动单元机构的输入端与驱动器一或减速器机构连接。

5.根据权利要求4所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述滑块上设有支撑件，所述滑块经支撑件与所述测量升降杆连接，所述测量升降杆的上端设有防止滑块掉落的限位件。

6.根据权利要求1所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述计量装置为设置于驱动器一的编码器或设置于传动装置的位移传感器；所述位移传感器或编码器与控制系统电气连接。

7.根据权利要求1所述用于铝电解生产的阳极更换系统，所述计量装置包括齿条、与齿条机构啮合的齿轮、编码器或位移传感器；所述齿条设置于测量升降杆上，所述编码器或位移传感器与齿轮固定连接。

8.根据权利要求1或2所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述导向机构通过支架设置于阳极提升机构的外壁。

9.根据权利要求2所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述导向机构的上下两端或导向机构上下两端的支架上分别设有限位开关，所述限位开关与控制系统电气连接。

10.根据权利要求1所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，还包括驱动器二，所述驱动器二为电机、液压马达、气动马达、气缸或液压缸的一种；所述驱动器二与所述测量升降杆连接并驱动测量升降杆绕轴线旋转，所述驱动器二与控制系统电气连接。

11.根据权利要求10所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述驱动器二或测量升降杆上设有限制测量升降杆旋转角度的限位装置。

12.根据权利要求11所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述限位装置包括设置于测量升降杆的定位片和限位开关，所述限位开关与控制系统电气连接。

13.根据权利要求9或12所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述限位开关为传感器或机械式限位开关。

14.根据权利要求1所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述测量横杆铰接于测量升降杆，或通过螺栓与测量升降杆固定连接。

15.根据权利要求14所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述测量横杆的一端通过扭转弹簧铰接于测量升降杆。

16.根据权利要求14所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述测量横杆的中部通过弹簧与测量升降杆连接。

17.根据权利要求14所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述测量横杆的一端设有配重块，测量升降杆设有驱动装置，驱动装置连接活动头，所述活动头与测量横杆铰接。

18.根据权利要求1所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述测量横杆包括驱动装置和伸缩杆，所述伸缩杆与测量升降杆连接，所述驱动装置驱动伸缩杆伸缩。

19.根据权利要求1所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述测量横杆上设有感应受力的测力装置。

20.根据权利要求1所述用于铝电解生产的阳极更换系统，其特征在于，所述控制系统包括对阳极升降机构升降进行控制、对测量杆升降驱动及限位动作、测量杆旋转进行控制的PLC装置和/或伺服驱动装置。