铝电解多功能机组关键技术及部件的分析与研究

岳金龙++付清宇

摘 要：对电解铝多功能机组的机组结构与关键技术以及关键部件进行了相应的研究与分析，包括电解铝多功能机组的机组组成，载荷组合与桥梁主架等关键部分的分析，以期为电解铝多功能机组的应用和推广提供前期的研究基础。

关键词：铝电解 多功能机组 结构组成 载荷 桥梁主架

1、引言

目前国内的电解铝行业较为发达，在大型预焙电解槽这种高效率装备出现之后，国内个大型的企业都纷纷将其进行引进，将其作为企业竞争最重要的设备之一，可以极大的提高企业的生产效率降低企业的生产成本。在上述背景下，需要较好的掌握电解铝多功能机组的结构组成原理以便于更好的使其正常工作且做好相关的维护工作。目前生产电解铝多功能机组的企业主要有法国的ECL公司、德国的NOELL 等公司，这些公司的产品不论是在产品质量还是在市场占有率上相对于其他品牌都具有很大的优势。铝电解多功能机组在国外相关方面的研究已经相对较为成熟，并且在指导实践生产中得到了较为广泛的应用。而我国对电解铝多功能机组的研究起步相对较晚，这严重的阻碍了电解铝多功能机组的研究和开发设计以及应用推广等工作。由于涉及到我国较多的从事电解铝行业的企业，因而加强对电解铝多功能機组的相关的研究可以在很大程度上促进电解铝多功能机组的应用推广，提高整个行业的生产效率。通过对电解铝多功能机组的结构与功能和相关工作原理的研究能够在很大程度上促进相关科研人员结合本国本企业的实际情况对上述机组进行改进提高企业的生产效率降低生产成本，提高企业的核心市场竞争力。

2、铝电解多功能机组结构

铝电解多功能机组的大车一般采用的箱轨双梁桥架结构。主梁和端梁之间通过销轴进行定位，且采用高强度的螺栓进行连接，不仅连接性能好且装配也十分的方便。运行采用的6轮支撑，双边单向驱动，采用的是三合一的减速器；并且具有悬挂缓冲装置，车轮采用的是垂直轮加水平轮导向的方式。并且还具有预防脱轨的预防措施。大车主要以下的主要组成部分：包括运行机构和桥架以及绝缘葫芦和各种供气装置等。在电解铝多功能机组中，工具小车是其核心组成部分，一些关键的处理装置都安装在工具小车上，工具小车采用的单轮支撑双边单项驱动方式，其采用的也是三合一的减速器；并且没有相应的缓冲装置，车轮也是采用的6轮支撑，双边单项驱动的方式，具有运行平稳较为安静的特点。并且为了更加安全还安装了预防脱轨的装置。一般将出铝小车侧挂在主梁之上，并且采用三合一的减速电机驱动方式，沿着主梁轨道运行。防磁吊钩与卷筒通过滑轮组进行连接，以活动吊钩—导轮这种方式在垂直导架上进行运动，通过卷扬系统驱动吊钩上下运动。

3、铝电解多功能机组高压关键部件

3.1载荷结构与组合

在电解铝的过程中，铝电解多功能机组所涉及到的工序比较繁多，载荷设计也相对较为复杂。要结合机组实际运行的工况，来对机组运行的载荷组合进行分析。在无风工作状态下的载荷组合：在机组处于正常工作的状态下，小车处于无约束的情况下会将出铝小车抬升。用于多功能机组的小车起升机构，需要对要熔炼的金属进行熔炼，需要具有较高的安全性，应该极少出现甚至是不出现突然的卸载情况，在打击壳进行打击作业的时候，会出现相应的冲击载荷。使得在正常工作的情况下，出铝小车会被抬升。在小车抬升的过程中，存在着许多的刚性的载架，所以需要考虑真空铝抬包以及其中铝液的重量。在正常运作的过程中，这个时候铝多功能机组会直接在轨道上正常运行，尤其是在轨道运行连接处所受到的载荷。如果在较为特殊的载荷情况下，且没有工作状态约束的情况下，铝电解多功能机组可以对真空抬铝包进行迅速的提升。这个时候车间的温度在—10℃～+60℃，可以忽略对温度的影响。根据铝电解多功能机组的相关的操作规范，在动态运作的过程中，实验中起升的载荷是正常工作状态下载荷的1.1倍，在实验中要对工具小车、出铝小车、电动葫芦进行联动。由于出铝小车的起升装置中存在刚性导架，并且考虑到了真空铝抬包以及其中铝液的重量，在额定的起升状态下，同时要考虑到缓冲碰撞所引起的载荷，同时需要考虑倾翻水平力所引起的载荷。在上述额定的载荷状态下，要针对各种可能出现的不同工况来对上述载荷进行分析。重点是考虑抬升包以及其内部的液体的重量，要考虑大小运行机构同时失效的情况下载荷的变化。而不考虑由于外部的不可控因素所引起的载荷的变化，以及在安装和拆卸过程中所引起的载荷的变化。

3.2桥架主梁

在双梁桥架中主梁的宽度相对较大，难以对其进行网格划分，通过对结果的质量和实际情况的分析，难以将其作为实体进行建模，因而采用面单元进行建模的方式来对其进行分析，其中主要的材料部分为Q345，忽略其他组成部分的材料组成，可以将材料属性均定义为Q345。在温度恒定的情况下，钢材的应力应变曲线随着温度的升高而会发生相应的变化，在温度较高的情况下其弹性塑性性质将会变得十分的明显，在对其进行分析的过程中需要考虑到这种特性，材料的参数如下表所示：

在所建立的模型中，其中钢板厚度的最小值为14毫米，在进行网格参数确定的过程中按照标准的网格来进行相关参数的设置。所设置单元个数为19252个，其中节点数一共有39841个。通过仿真分析所得到的分析结果与实际的情况存在一定的差距，尤其是对于约束附近的相关计算结果，通过对所有的单元进行相关的图表统计可以得到如下表所示的结果：

从上数的分析结果来看在三梁桥架结构中，主梁I受力较为均匀而梯度较小，对材料的利用相对较为合理。但是在双梁桥架中主梁的受力增加，应力也会在一定程度上增加，然而也在可承受的范围内。对于形变的统计结果来看与工况基本符合，出铝小车的一侧垂直方向上的位移较大而水平方向上的位移同时也较大。安全系数对应着材料的屈服，当安全系数大于1的时候，说明材料没有出现屈服的现象，当安全系数等于1的时候同样没有出现屈服，当安全系数大于1.5的时候在连接处出现了稍微偏离实际情况的安全系数，但是从整体上来看安全系数的分布还是较为均匀也就是设计相对较为合理，能够有效的利用材料本身的性能。

4、结语

通过对铝电解多功能机组的研究，可以填补我国在相关领域内的研究空白，增加我国在相关方面的理论与技术的积累，为多功能电解铝机组在我国企业中的应用和推广奠定扎实研究基础，为保障电解铝多功能机组的正常的运行以及后期的维护提供技术保障。

参考文献

[1]张云伟. 新型铝电解多功能机组的改进设计[J]. 有色设备. 2009（05）

[2]高忠江. 铝电解多功能机组大车车轮接触疲劳强度的简化计算及应用[J]. 有色矿冶. 2009（04）