陽極板自動轉運系統的設計與研究

李田玉，曾芳成

（1.黑龍江紫金銅業有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161041；2.江西瑞林裝備有限公司，南昌 330032）

在銅冶煉中，通常在熔煉車間用圓盤澆鑄機將高溫液態銅澆鑄成銅陽極板后，由叉車從圓盤澆鑄機輸出端取板，送至熔煉車間外圍附近的陽極板堆場堆存。當電解車間的陽極整形機組工作時，再由叉車從陽極板堆場取板，送至陽極整形機組進行加工等相關處理。這種叉車轉運的方式，廣泛應用于場（廠）內成件貨物和散裝物料的裝卸、堆垛和短途運輸[1]。隨著人力成本的增加和機械化作業水平的發展，叉車轉運的弊端也越來越明顯：生產線自動化程度低，人工成本高，同時叉車在車間內外來回穿梭，叉車事故時有發生，安全隱患大。

筆者針對現有銅冶煉生產線自動化程度低等問題，以黑龍江紫金銅業有限公司銅冶煉項目為背景，提供一種實現陽極板澆鑄設備與電解加工設備自動化轉運系統的設計配置。該配置取代了傳統的叉車轉運作業，自動化程度高，作業效率高，成本低，穩定性好。

1 總體配置

黑龍江紫金銅業有限公司銅冶煉項目的總體配置如圖1所示，熔煉車間整體位于電解車間東側；圓盤澆鑄機位于熔煉車間，其輸出端朝南設置；而陽極整形機組位于電解車間，其輸入端朝東設置。也就是說，圓盤澆鑄機極板輸出方向與電解車間陽極整形機組極板輸入方向垂直。同時，圓盤澆鑄機中心線與陽極整形機組輸入位水平距離約70 m，熔煉車間與電解車間中間設有6 m寬的消防通道。

陽極板自動轉運系統連接圓盤澆鑄機及陽極整形機組，組成部件如下：第一轉運車1、回轉臺2、第二轉運車3、第一輸送機4、第三轉運車5、第二輸送機6及第四轉運車7。

2 設備結構

從結構形式來看，陽極板自動轉運系統主要分為三類部件，分別為輸送機、轉運車及回轉臺。每類結構部件的結構基本相同，僅在個別尺寸，如輸送機長度、轉運車軌道中心距等有所區別。以下分別對各部件進行介紹。

2.1 輸送機

輸送機主要用以陽極板的連續輸送及存儲。存儲的陽極板通過兩側掛耳自然懸掛在兩側鏈條上，輸送及前行方向與陽極板面垂直，以一定數量（數量可調）的陽極板為一垛，每個極板垛內部的極板密集排列，極板垛與極板垛之間相隔一定距離，以便轉運車取放板。

輸送機為鏈運機結構，如圖2所示，主要包含機架、輸送鏈條、首尾輪、張緊輪及驅動裝置。

圖1 陽極板自動轉運系統配置

圖2 輸送機示意圖

當輸送機長度較短時，輸送機整體為單個鏈運機；當輸送機長度較長時，鏈條及驅動機構負荷較大，輸送機可以分解為多個鏈運機，也即采用多條鏈運機串聯而成，前后相鄰的鏈運機，鏈條在寬度方向相互錯開，由同軸的鏈輪帶動各鏈條同速前進，從而完成陽極板的接力前行，如圖3所示。

圖3 鏈運機串聯結構示意圖

2.2 轉運車

轉運車，主要用以陽極板在不同輸送機之間的間歇轉運，通過小車的升降和行走動作，一次可以從前一輸送機頭部中取出一垛密集排布的陽極板，升起后行走至后一輸送機尾部下降卸料。轉運車主要用以在諸如消防通道等不便于設置連續的輸送機或長時間占用空間處。此情況下，可以將輸送機斷開，并在斷開處設置轉運車完成輸送機之間的極板轉運，從而較好地解決輸送機連續占用空間的問題。

轉運車為軌道小車結構，主要包含行車軌道、車架、行走機構及升降機構。典型的轉運車結構如圖4所示。車架為型鋼焊接結構，主要用于承載及各結構之間的連接。行走機構主要包含行走減速電機及車輪，用以實現轉運車的行走。升降機構采用卷揚結構（升降行程短時建議采用其他形式的升降結構），四點同時提升物料，主要包含升降減速電機、卷揚、鋼絲繩、滑輪、升降平臺及升降導向機構等，用以實現轉運車與其他設備的取放板功能。升降平臺內對稱設置L型掛鉤，用于吊掛極板兩側掛耳，在L型掛鉤內側設置一定角度的斜板，以使升降平臺提取陽極板時，使陽極板因重力作用在斜板上自然下滑，實現陽極板自動對中。升降導向機構則可以防止轉運平臺的側向偏擺。

轉運車的供電是關鍵，從設備的經濟性和減少空間占用的角度出發，筆者建議：當轉運車行走距離較長時，采取車載電纜卷筒形式供電，該方式供電可靠且成本低，若軌道處需要有叉車通過或需進行其他人工作業，可將軌道小車開到電纜固定端附近，電纜收卷于電纜卷筒，不影響人工作業；當轉運車行走距離較短時，可以考慮采用拖鏈形式供電。

圖4 轉運車示意圖

2.3 回轉臺

回轉臺，主要用以陽極板輸送過程中的換向。轉運車在將一垛極板放置在回轉臺后，回轉臺攜極板轉動90°（或其他角度），等待下一轉運車將極板取走。

回轉臺結構如圖5所示，包含底部支架、回轉機構及上部平臺，底部支架與上部平臺的相互旋轉通過回轉機構實現。回轉機構包括回轉支承、減速電機及小齒輪。上部平臺上方對稱設置的一字型支撐板，用于承載陽極板兩側掛耳。

圖5 回轉臺結構示意圖

3 設備運行描述

本文所述的陽極板轉運系統配置，各部件動作描述如下：

（1）當圓盤澆鑄機某一側的輸出端一次頂起一垛陽極板之后，對應側的第一轉運車1從等待位后退到圓盤輸出端取板位，整體提起陽極垛，再前進到對應側的回轉臺2處，將陽極垛卸至回轉臺2上，第一轉運車1返回等待位，等待下一次工作。

（2）回轉臺2旋轉，將陽極垛的方向旋轉90°（待回轉臺2上的陽極垛取走后再反向旋轉90°回位，等待一下次工作）。第二轉運車3從第一輸送機4尾部放板位后退至對應的回轉臺2處，提起陽極垛，再前進至第一輸送機4尾部放板位，卸下陽極垛后，等待下一次工作。

（3）第一輸送機4檢測到尾部放板位有陽極板而頭部取板位無陽極板時，輸送機往前輸送一個工位；當檢測到第一輸送機4頭部取板位有物料時，第三轉運車5從第二輸送機6尾部等待位后退至第一輸送機4頭部取板位，提起陽極垛，再前進至第二輸送機6尾部放板位，卸下陽極垛后，等待下一次工作；第二輸送機6檢測到尾部放板位有陽極板而頭部取板位無陽極板時，輸送機往前輸送一個工位。

（4）當檢測到第二輸送機6頭部取板位有物料時，第四轉運車7從陽極整形機組輸入端放板位后退至第二輸送機6頭部取板位，提起陽極垛，再前進至陽極整形機組輸入端放板位，卸下陽極垛后，等待下一次工作。至此，陽極垛已由圓盤澆鑄機輸出端轉運至陽極整形機組輸入端，設備轉運工作完成。

4 設備特點分析

陽極板自動轉運系統具有如下特點。

一是第一輸送機和第二輸送機的儲板能力綜合約為800塊，足以存儲雙圓盤澆鑄機一整天的極板澆鑄量。由于圓盤澆鑄機為24 h連續作業，陽極整形機組通常每天只有一個白班作業，因此系統可以存儲圓盤澆鑄機一天的出板量，這意味著圓盤澆鑄機可以將極板連續輸出并存儲在輸送系統上，再在白班時由陽極整形機組完全消耗掉，實現系統的進料與出料的平衡。

二是各轉運車軌道放置于地面時，其軌道上表面與地面平齊（或略高于地面），同時因采用電纜卷筒的供電形式，當轉運車行至一側，電纜卷筒收起時，軌道周圍無電纜，不影響車輛在軌道處橫穿及其他人工作業。三是在設置陽極板自動轉運系統后，當系統故障時，只需將轉運小車行駛（或由人力推動）至另一側，仍然可以使用叉車從圓盤輸出端取板作業，以及用叉車從第二輸送機6頭部進行上料作業。換言之，陽極板自動轉運系統，不損失傳統的叉車作業功能，可用于系統故障時的應急作業。

四是第二轉運車和第三轉運車結構完全相同，軌道從熔煉車間行駛至電解車間完全貫通，二者在電纜允許范圍內可貫穿行走，當第一輸送機4或第二輸送機6鏈條故障時，可由轉運車先將儲輸送機上的陽極垛逐步取走后，更換鏈條，無需另外增加起吊設備。五是各輸送機以及各轉運車結構相似度高，備件互換性好，可有效降低備件成本，提高生產穩定性。

5 結語

陽極板自動轉運系統取代了傳統的叉車轉運作業，提高了設備的機械化及自動化程度，減少了叉車作業，降低了人工成本及安全隱患。同時，系統又保留了意外情況下的傳統叉車作業功能，作為系統故障時的應急補償手段，保證了生產的穩定性。此外，本文中的陽極板自動轉運系統雖是專門針對黑龍江紫金銅業的總圖配置進行設計的，但并非局限于此種工況下的應用。無論圓盤澆鑄機和陽極整形機組的相對位置及方位如何，均可通過輸送機、轉運車及回轉臺的有機組合和衍變來配置，實現陽極板的自動轉運。