铝电解多功能机组打壳机构受力分析及优化.pdf

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1、第32卷第2期有色矿冶Vo1．32．№22016年04月NoN—FERR0USMININGANDMETALLURGYApril2016文章编号：lOO7—967X(2o16)o2—52～04铝电解多功能机组打壳机构受力分析及优化谢勇[中国有色(沈阳)冶金机械有限公司，辽宁沈阳l】Ol43]摘要：对某公司铝电解多功能机组打壳机构的原理作了阐述，完成了打壳机构的动作分析及受力计算。采用有限元方法对打壳机构的固定架、连接架、活动架分别创建有限元模型和边界条件，分别进行静强度分析和刚度分析，根据上述分析结果指出原设计存在的不足，并提出了改进及优化设计具体措施。关键词：铝电

2、解多功能机组；打壳机构；应力；变形中图分类号：TH163文献标识码lA打壳作业完成后，在机组运行至打壳机连杆机上日lJ舌构不与电解槽发生干涉的任何位置，打壳机油缸动铝电解多功能机组是大型预焙阳极铝电解生产作，收回打壳机头，并提升活动框架最终达到上限过程中的关键操作设备，承担着大型预焙阳极铝电位，打壳机构完全收回至非工作状态，结构如图2。解槽生产的主要工艺作业，能够完成破碎电解质结壳、更换阳极、添加氧化铝粉、出铝并计量等操作。机组完全满足高温熔盐，大电流、强磁场，多粉尘及HF烟气的环境要求和工艺需要。打壳机构是铝电解多功能机组的重要工具之一。2打壳机构动作分析与受力

3、计算打壳机构由调整装置、固定机架、活动框架、伸缩油缸、打壳机、连杆等结构组成。2．1打壳机构工作原理打壳机构的固定机架安装在工具小车回转机构图2打壳结构(非工作状态)上，活动框架可以沿着固定机架做上下运动。打壳2．2打壳机构受力计算机构在进行打壳作业时，连接在主油缸活塞端部的打壳机构在工作过程中，打击头与支撑结构偏活动框架和打壳机随活塞一起下降，当活动框架下移一角度，使得结构存在偏心，在高频破碎打击过程降到下限位时，连杆机构带动打壳机向外张开，开始中，势必产生振动现象。自重5t的打壳机构处于进行打壳作业，打壳作业需要在阳极碳块三面进行工作位置时重心位于机构下端，对

4、整体稳定性提出电解质结壳破碎工作，此过程打壳机保持图1所示了较高要求。这里，首先对打壳机构进行受力计算工作状态。分析。皿n固定打壳机主要技术参数为：空气压力P=0．7MPa，缸径D一90mm，打击角度与水平面成0—噩{l／／活动64。角。则可计算冲击力大小为：{F-PA—P·7cD／4一O．7×3．14×90／4—一，连接4450．95N‰图1打壳绪构(r作状态)打壳机头打击时受力情况如图3所示：*收稿日期：2Ol6一Ol—lO作者简介：谢勇(1981一)，男，湖北天门人，工程师，学士，主要从事铝电解多功能机组研发设计及技术管理工作。第2期谢勇：铝电解多功能机组打

5、壳机构受力分析及优化53料为Q345B，其屈服极限为345MPa，远大于结构最大应力；而固定架端部型材拼接拐角处，应力值在40～68MPa范围内。因此固定架静强度符合要求。3。1．3刚度分析结果固定架总变形云图见图5。从图中可以看出，图3打壳头打击时受力图固定架总的最大变形为8．7517mm，位于固定架最根据图3所示，可计算竖直和水平方向受力分下端。固定架水平方向的变形云图见图6，从图中别为：可以看出，固定架水平方向的最大变形为8．747Fx=Fcos0=4450．95×cos64。：l952Nmm，位于固定架最下端。该值与总变形位移接近，Fy=Fsin0=445

6、0．95×sin64。一4000N亦表示其它方向基本不发生变形。由于固定架为悬考虑动载影响，取动载因子k—1．25，则：臂结构，距悬臂端头更远距离处承受弯曲载荷，必然Fx一kFx一2440N使悬臂端产生最大位移变形。机架悬臂长度为Fy=kFy=5000N6120mm，根据《GB／T50017—2003钢结构设计规3打壳机构有限元分析．范》，金属结构最大刚度要求为L／500，其中，L为节点之间的跨度或悬臂长度。即许用刚度为612o／打壳机构在进行打壳作业时，主要承载结构件500：==12．24mill。因此，结构基本满足刚度条件。为固定架、活动架和连接架。主要对这三

7、部分结构进行有限元模拟计算，分析结构的稳定性和可靠性。3．1固定架3．1．1有限元模型与边界条件根据固定架实际尺寸建立三维几何模型。其中，固定架为活动架的导向机构，机架与导轨通过螺隅8．7517栓连接。固定架固定端通过铰接连接方式，以及设置调整弹簧结构。为此，在固定架铰接轴上施加径向和轴向约束，而调整弹簧连接端施加限制旋转的约束。计算固定架时，打击头的作用力通过活动架传至固定架，且为了保证载荷大小和方向与实际一图5固定架总变形云图致，采用远端载荷施加方式，位置选取实际结构打击囊精■确●嘲秘蝌将r-t啪帕{头位置。固定架的有限元模型如图4所示。圉6固足梁水平方问变形

8、图3．2活