阳极拖车是电解铝生产工艺流程中阳极运输的专用车。阳极运输是电解铝生产中的一个重要工艺环节,只有把阳极保及时足量地运送到电解生产线,才能保证铝电解的正常生产。根据生产流程,阳极拖车把新阳极从阳极仓库拉到电解厂房现场,把电解车间换出的残极运送到残极集中清理厂房,再把清理完的残极返回到碳素系统。阳极拖车的使用情况直接影响电解、碳素的生产效率。
1、阳极拖车的特点
YJQ65型阳极拖车是安徽合力股份有限公司宝鸡分公司生产的,它是根据国内电解铝生产的实际需要,在借鉴、吸取国内外先进技术自行设计研制出的阳极专用运输车。YJQ65系列阳极拖车为国内电解铝厂提供了一种高效、节能、价廉、性能优良地运输阳极的设备。
YJQ65系列阳极拖车采用牵引车作为动力,牵引车牵引阳极拖车,通过液压系统实现自动起降起升架搬卸阳极盘、自动翻转左右护架卡住阳极导杆。从内地使用情况看,它有以下特点:
(1)动力性及经济性优良;
(2)整车采用液压动力制动,制动距离短,安全可靠;
(3)全车采用液压转向系统,操作灵活、省力,工作可靠;
(4)整车高度低,车长比较短,车宽比较窄,适应电解复杂的工作环境。
2、问题的提出
2.1目前YJQ65阳极拖车在某公司的运行情况
某公司从2004年开始陆续购买安徽合力股份有限公司宝鸡分公司生产的YJQ65阳极拖车7台。7台车全部投入运行,每天作业三班。YJQ65阳极拖车是目前国内阳极运输车中,最适合此公司阳极运输的车型,与以前此公司使用的以拖拉机作为牵引动力的阳极拖车相比,更适合此公司实际情况。使用它解决了以前阳极拖车整车比较高,比较长,阳极拖车没有制动,在电解复杂的工作环境通过性差,影响行车安全等不利因素。
2.2实际运行存在的主要问题
虽然,YJQ65阳极拖车是最适合此公司阳极运输的车型,有许多优点,但在实际运行中却存在许多问题,没有充分把YJQ65阳极拖车的优点发挥出来,制约了阳极运输,影响了公司电解铝的生产效率。
(1)维修率高,车辆运行效率低,7台车平均每天可用5台车,最严重时7台车只有1台可以运行。
(2)排气管冒黑烟严重,油耗量大,每班消耗需35升左右,对环境污染严重,单班费用高,经济性差。
(3)起升油缸起升太慢,起升时需把油门踩到底,用时大约20s左右,工作效率低,耗油量增大。
3、液压系统存在的主要问题分析
3.1起升油缸起升太慢的原因分析
一般的工作机构对液压油缸的工作速度有一定的要求。根据装载机等机械起升油缸的起升速度要求和阳极拖车的工作实际,阳极拖车起升油缸的起升时间应为6秒左右。液压油缸的速度取决于实际输入液压油的流量。
3.1.1液压齿轮泵的最大流量分析
(1)发动机的主要参数。
型号:朝柴CY4102BG-B12;
额定功率/转速:55kw/2400rpm;
额定扭距/转速:245Nm/1800-1900rpm;
最高转速:2760rpm。
(2)高原对发动机的影响。由于海拔高、气压低,空气密度下降,发动机充气量减少,导致发动机功率下降,海拔高度每增加1000米,大气压力降低约11.5％,空气密度减少约9％,发动机功率下降10％,最高转速下降10％。
(3)发动机的最高转速。该公司所属海拔2400米;发动机最高转速经计算,实际最高转速只能达到2098rpm
(4)液压齿轮泵的参数。
排量:16ml/r最高工作压力:14.5mpa
(5)液压齿轮泵与发动机的连接。发动机曲轴齿轮带动中间齿轮,中间齿轮带动高压油泵齿轮,高压油泵齿轮带动液压油泵齿轮,中间齿轮与液压油泵齿轮齿数相等,故发动机与液压齿轮泵的传动比为1:1。
(6)液压齿轮泵的最大流量:
经计算为30.21（l/min）
(7)液压齿轮泵的扭矩。经计算为41N.m,41N.m≤245N.m,液压齿轮泵的扭矩远远小于发动机额定扭矩,说明发动机可以带动液压齿轮泵。在起升起升架时,液压齿轮泵的最大供油量为30.21（l/min）。
(8)按系统调定的压力分析起升起升油缸时系统是否内泄。根据工作实际,起升起升油缸时,多路换向阀回油管没有回油,说明系统调定的压力在起升起升油缸时溢流阀没有打开,系统没有内泄。因此在起升起升架时液压齿轮泵给多路换向阀的最大供油量为30.21（l/min）。
3.1.2起升油缸的分析
(1)油缸的技术参数。活塞杆的工作行程L=426.5mm工作压力:P=14Mpa
(2)起升油缸的运动速度。液压缸是靠输入压力油推动活塞工作,因此可认为液压缸的运动速度取决于实际输入工作液体的流量。
液压齿轮泵供油的一部分（7（l/min））供给动力制动系统和液压转向系统,用来控制车辆制动和转向。
流入起升液压缸的最大流量为:30.21-7＝23.21（l/min）
因为起升架是用双油缸,单缸最大进油:23.21÷2＝11.6（l/min）
起升油缸起升速度经计算计算为1.82（m/min）
(3)油缸起升到位最短所需的时间经计算为:14.1s
对照同类其它车型和按工作要求,起升油缸的起升时间为6s左右,从上述分析结果看,起升油缸起升时间明显过长,超长8s。实际工作中,发动机因磨损和负荷变化不能达到最高转速,导致在实际运行中起升时间为20s左右。
3.1.3假如发动机达到最高转速分析
假如发动机达到最大转速,经计算油缸起升到位最短所需的时间为9.95s。可见,即使发动机达到最大转速,油缸起升也慢,说明液压齿轮泵排量不够。
3.1.4影响起升油缸起升太慢的主要原因分析
经过计算分析,影响起升油缸起升太慢的主要原因是:
(1)高原环境对发动机的影响,使发动机功率下降,转速降低;
(2)齿轮泵排量不够,供给起升油缸的流量不足。
3.2从设计上分析液压系统存在主要问题原因
YJQ65型阳极拖车是用QYC25-C1牵引车牵引阳极拖车。QYC25-C1牵引车大量应用于车站、码头、货场等,在设计牵引阳极拖车时,首先没有充分考虑阳极拖车在起升起升油缸时的速度,其次也没有重新选用液压齿轮泵,而用原牵引车的只供制动和转向用液压油的液压齿轮泵。再次没有考虑到高原使用,致使在高原使用情况下发动机功率下降。
4、液压系统存在问题对工作的影响分析
4.1使油耗增大,也增大对环境的污染,增加运输成本
每天拉运180盘,来回往复重车,每盘起升3次。
180×3×8秒÷3600＝1.2小时
1.2小时×35L/班÷6小时/班＝7升/天
7升/天×8元/升＝56元/天
4.2增大了司机的工作量
司机每天少休息1.2小时左右,增加了司机的体力劳动,影响司机的工作热情,导致许多司机边起升边走,影响行车安全和阳极盘的磨损。特别是在冬、夏季节,由于气候影响（冬季驾驶室太冷,夏季驾驶室太热）,起升油缸起升太慢,容易使司机心情烦躁,产生不安全因素。
4.3增大了发动机的磨损
阳极拖车工作在电解车间、残极间等环境污染非常大的地方,且这些污染物特别是氧化铝粉尘对发动机的影响更大,司机为了减少时间,加大油门起升,使发动机吸入的粉尘增加,发动机的磨损量也加剧,平均４个月要换一次缸套组件,造成维修率高,车辆运行效率低。
5、改进方案
5.1改进方案
(1)为了解决发动机在高原地区功率不足和下降的缺陷,本文采用在发动机上增加蜗轮增压器的方法以补偿发动机功率不足的缺陷。涡轮增压器是解决高原对发动机功率影响最为有效的方法,柴油机增压后,由于热效率和机械效率的提高,燃油消耗率一般可下降3～10％,使柴油机的经济性得到明显改善。
(2)为了解决齿轮泵排量不够,供给起升油缸的流量不足的问题。本文采用了增大齿轮泵排量的方法予以解决。液压齿轮泵选排量更大的CB-E332型号,排量为32ml/r。
5.2改进方案论证
5.2.1发动机转速
增加蜗轮增压器后,功率可提高30-50％,在额定扭矩状态下,转速与发动机功率成正比关系,按增加蜗轮增压器后发动机功率提高30%计算,发动机转速经计算将达到2340rpm
5.2.2论证液压齿轮泵与发动机匹配
经计算液压泵的输入扭矩为82N.m,远远小于发动机额定扭矩,说明发动机可以带动液压齿轮泵。
液压齿轮泵CB-E332型号与发动机连接的齿轮模数、齿数等相同,可与发动机连接。
5.2.3油缸起升到位按6s计算,起升油缸起升速度:
经理论计算为4.3（m/min）
5.2.4流入起升液压缸单缸的实际流量
经理论计算为27（l/min）
5.2.5齿轮泵额定实际流量
经理论计算为61（l/min）
5.2.6齿轮泵的理论流量
经理论计算为67.7（l/min）
5.2.7液压齿轮泵的转速
经理论计算为2115.6rpm＜2340rpm。从计算结果可以得出液压齿轮泵转速小于额定扭矩下发动机的转速。由此可见,发动机在小于额定转速的情况下可以使起升油缸在6s起升到位。
5.2.8如果只选液压齿轮泵的分析
从上述论证分析,选用排量为32ml/rCB-E332型号液压齿轮泵,在没有涡轮增压器的情况下,液压齿轮泵转速达到2115.6rpm,大于发动机高原的实际最高转速2098rpm,故只选液压齿轮泵不可行。
5.2.9论证液压齿轮泵与多路换向阀匹配
YJQ65型阳极拖车使用多路换向阀的工作参数
额定流量:65L/min压力:20MPa
从5.2.5齿轮泵额定实际流量61L/min与CDB2-F15多路换向阀额定流量65L/min
相比较,齿轮泵额定实际流量小于多路换向阀额定流量,可以匹配。
5.3改进方案论证分析
综上分析,上述改进方案是可行的,也是实用的,可使阳极拖车的发动机在低额定扭矩和低速条件下使起升油缸在6s左右起升到位。节约燃油和减少发动机的磨损,提高发动机的使用寿命和车辆的运行效率。
6、结语
按改进方案对阳极拖车进行改进,将会改善阳极运输的工作效率,提高阳极拖车的动力性和经济性,并将减少阳极拖车起升油缸的工作时间,节约油料,降低运输成本,减少环境的污染,效果非常明显。
参考文献
[1]田应甫编著.大型预焙铝电解槽生产实践.湖南:中南工业大学出版社,2003.3.
[2]系列阳极运输车使用说明书.合肥:合肥叉车厂,2004.9.
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