电解阴极片自动进料机的研发

罗凌艳， 赖 炜， 邓远久， 朱 莉

(云南驰宏锌锗股份有限公司， 云南 曲靖 655000)

设备及自动化

电解阴极片自动进料机的研发

罗凌艳， 赖 炜， 邓远久， 朱 莉

(云南驰宏锌锗股份有限公司， 云南 曲靖 655000)

锌、铅、铜等电解阴极片工频炉熔铸通常采用人工进料，不仅劳动强度大、效率低，而且其不均匀性严重影响工频炉的使用寿命。研发了一种锌电解阴极片自动进料机，该机不仅运行平稳，推料准确，而且维修方便，改变了工频炉的进料方式，实现了熔铸设备加料自动化。

电解阴极片； 自动进料机； 工频有芯感应电炉； 举升机构； 推料机构

0 引言

锌、铅、铜等有色金属电解过程中产出的阴极片，需加入到熔铸设备中熔化铸锭成符合国家标准的产品再进行销售。通常是用行车或叉车等将锌、铅、铜的电解阴极片垛从堆放场地运输到熔铸设备加料口(熔铸设备可为工频感应熔铸炉和熔铸锅)，由人工将阴极片加入炉中进行熔化。生产过程中，每台熔铸设备的加料口必须设专人不间断地加料，操作环镜差，温度高，灰尘大，劳动强度高，工作危险繁重。此外，人工加料还存在投料时间、投料数量不均衡等弊端，造成熔铸设备内温度波动大，不仅影响设备的生产效率，还缩短其使用寿命。

针对上述问题，设计研制了与熔铸设备配套的锌电解阴极片自动进料机，可均衡自动地将锌电解阴极片加入到熔铸设备，有效地克服人工进料的缺陷，实现了均衡自动加料，提高了设备寿命和生产效率。

1 自动进料机的工作原理

自动进料机主要由机械部分、液压控制部分和电气控制部分组成，图1为进料机结构图。

1-举升油缸；2-推料油缸；3-链轮；4-导向杆；5-推板；6-滑动导槽；7-箱体；8-机架地脚；9-机架；10-举升缸耳轴支座；11-链条；12-链轮轴

自动进料机的工作原理为：启动进料机油泵电机，将推料装置举升复位至上限位置，推料退回至复位位置。吊车将堆垛的锌电解阴极片吊至进料机前的电解阴极片堆垛支架上，推料油缸动作进给，驱动推板将设定厚度的电解阴极片层推入电炉进料口，推料油缸动作退回，推板复位，举升油缸动作，驱动推料装置下降一个电解阴极片推层厚度位移，推料装置推料油缸动作，将第二层电解阴极片垛推入电炉进料口中，推料油缸动作退回，推板复位，举升油缸动作，驱动推料装置下降一个电解阴极片推层厚度位移，如此循环，直至将整垛锌电解阴极片全部推入电炉炉池中。之后再吊入下一垛锌电解阴极片。

该自动进料机的加料方式为多块间歇推料，每次进料动作约15 s，其中推板推出7 s，退回6 s，升降油缸每次下降动作2 s。

2 参数计算

自动进料机必须解决以下问题：

(1)进料时间及进料量的控制；

(2)清理炉壁时自动进料机整机的灵活拆卸；

(3)举升装置和推板装置的可靠移动；

(4)进料的方式；

(5)结构紧凑，能够安装在有限的空间——可移动式进料平台；

(6)设备的安装不影响吊车操作人员的视线；

(7)能够处理码垛不规则的锌电解阴极片。

根据生产现场和进料操作情况，决定该进料机采用倾斜式推片方式实现进料。

2.1 进料机推料行程参数确定

进料机推料行程的确定：一是依据电解阴极片长度方向尺寸；二是依据进料机推板将电解阴极片完全推入进料口的水平距离；三是考虑进料机安装位置、尺寸大小。最终设计确定进料机推片行程参数为1 000 mm。

2.2 进料机举升行程参数确定

进料机举升行程由锌电解阴极片堆垛高度决定。本设计锌电解阴极片堆垛高度为800～1 000 mm。因此进料机举升行程设计为1 000 mm。

2.3 进料机推力计算

进料机每次需要推动的最多阴极片数量为35片，重量为m=35×25=875 kg(按锌电解采用1.6 m2的大极板，每块锌片尺寸为1 100 mm×790 mm×(6～8) mm，单块重量约17～25 kg计算)。由于普遍采用的工频炉的进料口宽度为300 mm，故锌片不能超过35片，否则会堵塞卡住进料口。

进料机推力分解示意图如图2所示，根据锌电解阴极片间的磨擦系数μ、重力加速度g、进料加速度a及锌电解阴极片堆垛倾斜度(锌电解阴极片堆垛支架倾斜度设计为5°)，可计算出进料机推板需要的最大推力F。

图2 进料机推力分解示意图

(1)

因此，进料机推板推力必须达到3 073.21 N才能保证进料机正常工作。

2.4 进料机液压系统设计及参数确定

进料机根据动作要求，有推板推料动作和推板装置的举升动作，其工作原理图如图3所示。

1-油泵；2-单向阀；3-溢流阀；4-分流阀；5-换向阀；6-液压锁；7-单向节流阀；8-举升油缸；9-推料油缸

本系统中推料油缸和举升油缸的工作压力由一个油泵提供，推料油缸提供单块锌片的推力，举升油缸主要用于推料油缸的提升。由于油缸的负载较小，查《机械设计手册》初步选取油泵的工作压力为5 MPa。

(1)推料机推料装置最大推力：

F推max=(p1A1-p2A2)η

(2)

(2)进料机举升装置最大举升力：

F举max=(p1A1-p2A2)η

(3)

进料机液压系统工作压力还可通过溢流阀进行调整，以满足进料机在不同工况时的要求。

3 进料机结构设计

3.1 机械部分

机械部分主要由机架、推料装置和举升装置组成(见图1)。

推料机构由推料箱体、油缸、导向杆、推板等构成，采用油缸驱动。推料油缸和推板导向杆置于推料箱体内，推料油缸与推板采用销轴柔性铰接，导向杆与推板采用法兰螺纹紧固联接。

举升机构由举升油缸，链轮和链条组成。因结构限制，举升机构采用双缸并联举升结构，并采用油缸与链传动的倍增机构。举升油缸的耳轴与机架支座铰支联接，以增加摆动柔性；链轮安装于举升油缸活塞杆端部，链条一端用螺栓与机架连接，另一端用螺栓与推料装置箱体连接。举升油缸、链轮、链条以及推料装置箱体组成了一个链轮传动倍增机构。举升油缸的活塞杆在液压驱动下做上升或下降运动，活塞杆带动链轮上升或下降相同的位移，链条带动推料装置在垂直方向上升或下降的位移量为举升油缸活塞杆行程的两倍，大大增加了机械结构的紧凑性。

3.2 液压控制部分

进料机液压系统主要由油泵、溢流阀、电磁换向阀、液压锁、节流阀、油缸、分流阀等构成(见图3)。液压系统的执行元件是举升油缸和推料油缸。举升油缸驱动推料装置做升降运动，通过链轮传动倍增机构间接驱动推料装置在垂直方向发生位移，自动进料机将熔铸炉加料口堆放的锌电解阴极片自上而下、按设定的位移量逐次推料，推板每次的推料厚度为举升油缸行程的两倍。推料油缸由液压驱动在水平方向做往复运动，以设定的运行速度及恒定的推力将锌电解阴极片推入。液压系统工作压力通过溢流阀进行调整，举升速度或推料速度由节流阀进行调整，双向液压锁锁紧任意举升位置或推料位置，分流阀实现并联举升油缸的同步举升动作。

3.3 电气部分

进料机电气控制系统采用西门子S7- 200系列PLC系统，通过控制盒上的“状态转换开关”可方便、快捷地实现自动加料机自动、停止、手动三种状态的转换。进料机使用的S7- 200 PLC硬件由 CPU 222 CN DC/DC/DC中央处理单元、1块EM223 CN 扩展单元和1块EM 221 CN 扩展单元组成。其模块示意图如图4所示。

图4 PLC模块示意图

根据计算，选取进料机液压系统油泵电机功率为2.2 kW，采用直接启动的接线方式，用微型断路器(空气开关)做过电流速断保护，用热继电器做电机过载保护。为保证进料机操作人员及设备的安全，在进料机PLC控制系统中设计了电气运转限位和联锁。电气限位有：推料油缸进、退限位；举升油缸升、降限位。电气联锁设置为：推料油缸到达退限位举升油缸方能驱动。

4 实际应用

投产后的自动进料机，经调试后能按照设计的要求，在规定的时间内完成多块间歇式推料。目前该设备已应用在生产线中，取代了人工加料的环节，并能根据生产的需求，设置进料的间隔时间，很好地与熔铸设备进行配合，提高了熔铸设备的生产效率。

5 结束语

在研究相关机组运行特性的基础上，经过参数计算、结构设计，从满足使用要求以及机身轻便、可移动等需求入手，研发出电解阴极片自动进料机。该自动进料机具有以下优点：

(1)实现了熔铸设备生产过程中的自动加料，减轻了员工的劳动强度。

(2)熔铸设备的多块间歇式均衡加料，有效提高了熔铸设备的生产效率，延长了熔铸设备的使用寿命。

(3)该机集机电液为一体，操作简单，运行稳定，维修成本低，结构紧凑，体积小，重量轻，便于安装和拆卸，较好地满足了熔铸设备的加料要求。

[1]袁子荣.液气压传动与控制[M].重庆：重庆大学出版社，2002.

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[3]王恩亮.工业工程手册[M].北京:机械工业出版社，2006.

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[6]王东迪. ERP原理运用与实践(第二版)[M].北京:人民邮电出版社，2004.

Developmentofautomaticfeedingmachineforelectrolyticcathode

LUO Ling-yan, LAI Wei, DENG Yuan-jiu, ZHU Li

The feeding of casting of main-frequency induction furnace for electrolytic cathode of zinc, lead, copper, etc. usually was finished by workers, however, this method’s labour intensity is strong, and efficiency is low, and its nonuniform seriously effect the service life of main-frequency induction furnace. An automatic feeding machine for zinc electrolytic cathode was developed. The machine has excellent performance, such as steady operation, accurate pusher, convenient maintenance, etc. which changes the feeding method of main-frequency induction furnace, realizes feeding automation of casting devices.

electrolytic cathode; automatic feeding machine; main-frequency cored induction furnace; lifting mechanism; pusher mechanism

罗凌艳(1977—)，女，四川绵竹人，工程师。

TF35； TF813

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