一种振动冲击式打壳装置及方法与流程

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1.本发明涉及冶金生产中用于打壳工艺技术领域，尤其是一种振动冲击式打壳装置及方法。

背景技术：

2.在冶金生产中，如电解铝生产中的氧化铝投料口，在常常会因投料之后，就会在投料口上部的电解质表面形成一个坚硬结壳而封住投料口，从而导致不能正常进行后续的投料工艺过程，为了清理投料口的坚硬结壳，目前采用的清理方法是利用压缩空气推动气缸连接打壳锤头，通过控制气缸的往复运动形成一种锤击投料口坚硬结壳的生产工艺。目前电解铝生产中使用的是气缸锤击式打壳装置，其工作原理是利用压缩空气推动气缸连接打壳锤头，通过气缸的往复运动形成一种锤击的打壳方法。使用这种气缸锤击式打壳装置，存在如下问题：
3.1、使用压缩空气驱动双作用锤击气缸进行大能量、动作频繁的往复运动行程和锤击，既损耗了大量的气动能量，又加速了气缸摩擦副与密封件的磨损，导致气缸的使用周期比正常状态使用时的寿命要缩短1/2以上。同时随着气缸的磨损，常会出现因打壳能量下降，打壳破碎的成功率降低，导致因无法击破坚硬结壳而影响正常投料的状况；
4.2、利用压缩空气推动气缸连接打壳锤头，在通过气缸的往复运动形成一种锤击投料口坚硬结壳的运行过程中，产生的锤击力效果取决于锤击能量和锤击次数，所以在受到生产工艺流程时间的限制下，通过控制气缸进排气动作推动锤头击打结壳的运动频次要低于每秒1次，导致了锤头进入电解槽熔铝中的累积时间过长，因而会频繁产生烧蚀锤头和锤头粘包等影响正常生产的问题；
5.3、目前虽然电解铝行业已有使用“智能控制打壳系统”、“自适应打壳控制方法及控制系统”等控制技术，对打壳气缸进行智能化检测控制运行的方法，以期解决打壳能量不足导致无法击破坚硬结壳状况的问题、气缸用气量大的问题、气缸使用寿命短不断更换的问题、以及锤头容易烧蚀和粘包等问题。但由于这些智能化控制系统仍然使用的是气缸锤击式打壳工作模式，并没有从根本上进行改变，现实中许多已使用的智能控制类打壳系统，依然还是会产生上述存在的各种问题。

技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种振动冲击式打壳装置，通过振动冲击器的设置，实现击打坚硬结壳的工作效率由大于每秒1次，提升为每秒40次左右，打壳破壳的成功率可以大幅度提高，同时因锤头进入电解槽电解液熔铝中时处于振动状态，减少了锤头与电解质的粘连，大大降低锤头的粘包率。
7.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
8.第一方面，一种振动冲击式打壳装置，包括行程气缸，行程气缸一端连接气控阀，另一端连接振动冲击器，振动冲击器底部连接锤杆；
9.所述振动冲击器顶部连接进气管，内部轴向设有振动轴，振动轴底部贯穿振动冲击器并与锤杆连接，振动轴顶部设有压板，压板与振动冲击器内侧底部之前设有复位弹簧，振动冲击器底部侧壁设有出气口，进气管内的压缩空气进入振动冲击器，推动压板运动，直至压板接近出气口的瞬间泄气并通过复位弹簧推动振动轴复位。
10.作为进一步的实现方式，所述复位弹簧套设在振动轴周侧。
11.作为进一步的实现方式，所述振动冲击器顶部为密封盖，密封盖顶部边缘设置密封圈，密封盖上设有第一进气口，第一进气口连接进气管。
12.作为进一步的实现方式，还包括锤体外壳，锤体外壳套设在振动冲击器、行程气缸周侧，锤体外壳底部开口，锤杆贯穿锤体外壳底部。
13.作为进一步的实现方式，所述锤杆周侧设有固定部，锤体外壳底部的锤杆周侧套设缓冲弹簧，锤体底部设有锤头。
14.作为进一步的实现方式，所述锤体外壳周侧设有安装支架。
15.作为进一步的实现方式，所述锤体外壳内设有固定板，固定板固定于行程气缸与振动冲击器之间，行程气缸输出端和进气管贯穿固定板并与振动冲击器顶部连接。
16.作为进一步的实现方式，所述气控阀上设有第二进气口和排气口，所述进气管顶部与第二进气口连通。
17.作为进一步的实现方式，所述固定板上设有通孔，所述锤体外壳顶部周侧也设有多个通孔。
18.第二方面，一种振动冲击式打壳装置的工作方法，采用如上任一所述的一种振动冲击式打壳装置，包括如下步骤：
19.气控阀开启，压缩空气进入行程气缸和进气管；
20.行程气缸输出端伸出到最大推程，推动振动冲击器以及锤杆运动，直至锤杆底部位于坚硬结壳顶部；
21.压缩空气推动压板运动，直至压板接近出气口的瞬间泄气并通过复位弹簧推动振动轴复位，如此往复循环，实现对坚硬结壳的连续击打。
22.上述本发明的有益效果如下：
23.1.本发明可用使用用气能量少的小型行程气缸和振动冲击器，替代原打壳装置使用的大缸径大推力耗气量大的锤击气缸，有效地降低了用气量，从而降低能源消耗；击打坚硬结壳的工作效率由大于每秒1次，提升为每秒40次左右，打壳破壳的成功率可以大幅度提高，同时因锤头进入电解槽电解液熔铝中时处于振动状态，减少了锤头与电解质的粘连，大大降低锤头的粘包率。
24.2.本发明的振动冲击器是一种进气推动与泄气止推的类似单作用气缸工作运行状态，耗气量低于双作用气缸，因没有气缸摩擦副，只由密封圈与振动轴的止推接触磨损，相比于原有打壳的锤击气缸不断往复运动产生的摩擦副与密封件的磨损率，振动冲击器的使用工作运行寿命可以是现有打壳装置寿命的2～3倍以上。
25.3.本发明的小型行程气缸的使用寿命得到大幅度提高，减少了气缸的更换数量和更新速度，每年可以节省大量生产维护资源和能源。
26.4.本发明有着技术改造安装简单方便、打壳装置运行效率高、工作寿命长的特点，投入产出的性价比高，有着大量推广的经济效益和发展前景。
附图说明
27.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
28.图1是现有气缸锤击式打壳装置的静态或回复状态的基本结构示意图。
29.图2是现有气缸锤击式打壳装置的动态或推出状态的基本结构示意图。
30.图3是本发明实施例中振动冲击式打壳装置的静态或回复状态基本结构示意图。
31.图4是本发明实施例中振动冲击式打壳装置的动态或推出状态基本结构示意图。
32.图5是本发明实施例中振动冲击器的主视图。
33.图6是本发明实施例中振动冲击器的静态或回复状态的基本结构示意图。
34.图7是本发明实施例中振动冲击器的动态或推出状态的基本结构示意图。
35.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。
36.其中：1-1.气控阀、1-2.锤击气缸、1-3.锤杆、1-4.坚硬结壳、1-5.锤头、1-6.缓冲弹簧、1-7.锤体外壳、1-8.安装支架、1-9.进气口、1-10.排气口；
37.2-1.气控阀、2-2.行程气缸、2-3.进气管、2-4.振动冲击器、2-5.固定板、2-6.锤杆、2-7.坚硬结壳、2-8.锤头、2-9.缓冲弹簧、2-10.锤体外壳、2-11.气缸外壳、2-12.安装支架、2-13.第二进气口、2-14.排气口、2-15.通孔；
38.3-1.第一进气口、3-2.外壳、3-3.出气口、3-4.复位弹簧、3-5.振动轴、3-6.密封胶圈、3-7.密封盖、3-8.压缩空气。
具体实施方式
39.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
40.如图1-图2所示，图1是现有电解铝生产过程中使用的气缸锤击式打壳装置的静态或回复状态的基本结构示意图，图2是气缸锤击式打壳装置的动态或推出状态的基本结构示意图。锤体外壳1-7顶部设有气控阀1-1，锤体外壳内部轴向设有锤击气缸1-2，锤击气缸1-2的输出端连接锤杆1-3，锤杆向下贯穿锤体外壳，锤体外壳底部设有缓冲弹簧1-6，缓冲弹簧套设在锤杆1-3周侧，锤杆底部固定有锤头1-5，气控阀上设有进气口1-9和排气口1-10，锤体外壳周侧固定安装支架1-8。通过气控阀的作用，控制锤击气缸1-2伸缩，进而实现锤杆底部的锤头对坚硬结壳进行击打。
41.电解铝生产中的加料频次大都是采用＞90s的工艺流程，其打壳锤头的具体工作方式是采用计算机控制压缩空气电磁阀，通过控制打壳气缸及打击锤头运动次数和时间，以及管道加料量。通过计算机预设气缸运动时间、在预计打击锤头击破电解质表面的坚硬结壳而形成孔洞的时间后，再控制加料管道向投料口进行投料，从而完成一次打壳、投料的生产工艺流程。
42.图1和图2所示装置的工作原理是通过控制气控阀的运行时间和工作次数，推动气缸作往复运动行程，在运动行程的同时推动锤杆和锤头击打坚硬结壳。使用这种气缸锤击式打壳装置，加速了气缸摩擦副与密封件的磨损，随着气缸的磨损，常会出现因打壳能量下降，打壳破碎的成功率降低。控制气缸进排气动作推动锤头击打结壳的运动频次要低于每
2，推动压板压缩3-4复位弹簧，压板推动振动轴3-5向下运动，振动轴3-5的底部因此被推出外壳3-2，使振动轴3-5底部移动到外壳3-2底端。
55.进入外壳3-2内的3-8压缩空气高压，因通过压板与外壳3-2之间的缝隙，最终通过出气口3-3形成瞬间泄压的状态，从而产生一个瞬间冲击的高压运动状态；由于外壳3-2内的高压空气空间被瞬间泄压，复位弹簧3-4由压缩状态弹回复位状态，并推动振动轴3-5瞬间弹回到与密封胶圈3-6封住进气口第一3-1的状态，至此完成一个振动冲击的过程。
56.由于一个振动冲击过程的完成时间，通常在1/40秒左右，因此振动冲击器2-4的工作运行状态，可以产生每秒40次的往复振动冲击运动行程的状态。
57.具体的工作原理，振动冲击式打壳装置在工作时：
58.压缩空气通过第二进气口2-13进入2-2行程气缸，通过进气管2-3进入振动冲击器2-4，行程气缸2-2推动振动冲击器2-4向下运动，振动冲击器2-4向下推动锤杆2-6运动，当将锤头2-8推到坚硬结壳2-7的上表面位置时，行程气缸2-2的输出轴处于固定最大推程位置的停滞状态。
59.而同步工作状态的振动冲击器2-4则同时推动锤杆2-6及锤头2-8，以每秒40次的往复振动冲击运动行程的高压冲击状态，击打坚硬结壳2-7；同时由振动冲击器2-4的出气口3-3排出的泄压空气，经锤体外壳2-10和气缸外壳2-11中的通孔2-15，将泄压空气排出，从而完成一个振动冲击运行击打坚硬结壳的状态。
60.本实施例的振动冲击式打壳装置，可以在不改变原打壳装置使用结构尺寸及工作控制状态的前提下，直接更换使用安装本发明工作原理设计的产品装置，按原生产工艺流程的进行使用。
61.虽然本实施例创新了打壳运动的工作原理，增加了一个振动冲击器，但在外观结构及尺寸上与气缸锤击式打壳装置基本相同，安装支架2-12尺寸与气缸锤击式打壳装置完全相同，因此应用方法也完全相同。不同是采用本实施例的气缸行程工作状态，在一个工艺周期内仅往复运行一次，而同样工作气压状态下击打(捶打)坚硬结壳的工作效率，由大于每秒1次，提升为每秒40次左右，不仅打壳破壳的成功率可以大幅度提高，同时因锤头进入电解槽电解液熔铝中时处于振动状态，减少了锤头与电解质的粘连，大大降低锤头的粘包率。
62.依据振动冲击式打壳装置工作原理设计及制造的产品工作结构与外观安装尺寸，基本与原气动打壳装置相同，使用方法一样，替换使用时只要将振动冲击式打壳装置按原位置安装即可使用，无须进行调试或加装其他装置。
63.实施例二
64.一种振动冲击式打壳装置的工作方法，采用如实施例一所述的一种振动冲击式打壳装置，包括如下步骤：
65.气控阀开启，压缩空气进入行程气缸和进气管；
66.行程气缸输出端伸出到最大推程，推动振动冲击器以及锤杆运动，直至锤杆底部位于坚硬结壳顶部；
67.压缩空气推动压板运动，直至压板接近出气口的瞬间泄气并通过复位弹簧推动振动轴复位，如此往复循环，实现对坚硬结壳的连续击打。
68.具体的，振动冲击式打壳装置在工作时：
69.压缩空气通过第二进气口2-13进入2-2行程气缸，通过进气管2-3进入振动冲击器2-4，行程气缸2-2推动振动冲击器2-4向下运动，振动冲击器2-4向下推动锤杆2-6运动，当将锤头2-8推到坚硬结壳2-7的上表面位置时，行程气缸2-2的输出轴处于固定最大推程位置的停滞状态。
70.而同步工作状态的振动冲击器2-4则同时推动锤杆2-6及锤头2-8，以每秒40次的往复振动冲击运动行程的高压冲击状态，击打坚硬结壳2-7；同时由振动冲击器2-4的出气口3-3排出的泄压空气，经锤体外壳2-10和气缸外壳2-11中的通孔2-15，将泄压空气排出，从而完成一个振动冲击运行击打坚硬结壳的状态。
71.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种振动冲击式打壳装置，其特征在于，包括行程气缸，行程气缸一端连接气控阀，另一端连接振动冲击器，振动冲击器底部连接锤杆；所述振动冲击器顶部连接进气管，内部轴向设有振动轴，振动轴底部贯穿振动冲击器并与锤杆连接，振动轴顶部设有压板，压板与振动冲击器内侧底部之前设有复位弹簧，振动冲击器底部侧壁设有出气口，进气管内的压缩空气进入振动冲击器，推动压板运动，直至压板接近出气口的瞬间泄气并通过复位弹簧推动振动轴复位。2.根据权利要求1所述的一种振动冲击式打壳装置，其特征在于，所述复位弹簧套设在振动轴周侧。3.根据权利要求1所述的一种振动冲击式打壳装置，其特征在于，所述振动冲击器顶部为密封盖，密封盖顶部边缘设置密封圈，密封盖上设有第一进气口，第一进气口连接进气管。4.根据权利要求1所述的一种振动冲击式打壳装置，其特征在于，还包括锤体外壳，锤体外壳套设在振动冲击器、行程气缸周侧，锤体外壳底部开口，锤杆贯穿锤体外壳底部。5.根据权利要求4所述的一种振动冲击式打壳装置，其特征在于，所述锤杆周侧设有固定部，锤体外壳底部的锤杆周侧套设缓冲弹簧，锤体底部设有锤头。6.根据权利要求4所述的一种振动冲击式打壳装置，其特征在于，所述锤体外壳周侧设有安装支架。7.根据权利要求4所述的一种振动冲击式打壳装置，其特征在于，所述锤体外壳内设有固定板，固定板固定于行程气缸与振动冲击器之间，行程气缸输出端和进气管贯穿固定板并与振动冲击器顶部连接。8.根据权利要求7所述的一种振动冲击式打壳装置，其特征在于，所述气控阀上设有第二进气口和排气口，所述进气管顶部与第二进气口连通。9.根据权利要求7所述的一种振动冲击式打壳装置，其特征在于，所述固定板上设有通孔，所述锤体外壳顶部周侧也设有多个通孔。10.一种振动冲击式打壳装置的工作方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述的一种振动冲击式打壳装置，包括如下步骤：气控阀开启，压缩空气进入行程气缸和进气管；行程气缸输出端伸出到最大推程，推动振动冲击器以及锤杆运动，直至锤杆底部位于坚硬结壳顶部；压缩空气推动压板运动，直至压板接近出气口的瞬间泄气并通过复位弹簧推动振动轴复位，如此往复循环，实现对坚硬结壳的连续击打。

技术总结

本发明公开了一种振动冲击式打壳装置及方法，涉及冶金生产中用于打壳工艺技术领域，解决了现有打壳能量不足导致无法击破坚硬结壳、气缸用气量大、气缸使用寿命短的问题、以及锤头容易烧蚀和粘包等问题，具体方案如下：一种振动冲击式打壳装置，包括行程气缸，行程气缸一端连接气控阀，另一端连接振动冲击器，振动冲击器底部连接锤杆；所述振动冲击器顶部连接进气管，内部轴向设有振动轴，振动轴底部贯穿振动冲击器并与锤杆连接，振动轴顶部设有压板，压板与振动冲击器内侧底部之前设有复位弹簧，振动冲击器底部侧壁设有出气口，进气管内的压缩空气进入振动冲击器，推动压板运动，直至压板接近出气口的瞬间泄气并通过复位弹簧推动振动轴复位。推动振动轴复位。推动振动轴复位。