论驱动方式、结构形式对圆盘浇铸机运行平稳性的影响

论驱动方式、结构形式对圆盘浇铸机运行平稳性的影响

朱合春

（浙江江铜富冶和鼎铜业有限公司311404）

摘要：目前，铜阳极板浇铸机有直线型和圆盘型两种，我国阳极板生产的主要设备是采用圆盘浇铸机，圆盘浇铸机的平稳转动运行是保证浇铸出高质量阳极板的重要条件，本文对目前主要使用的浇铸机驱动方式、结构形式对平稳性的影响进行了分析。

关键词：浇铸机；驱动方式；结构型式；平稳性；影响

铜阳极板是生产电解铜的中间产品，其物理外形的规格尺寸对电解生产过程的质量和产量有重大影响，最直接的影响体现在对电流效率和残极率方面。板面平整厚度一致、内部致密、挂耳（羊角）充实是对阳极板物理外观规格的重要要求。特别需要指出的是“板面平整厚度一致”不仅指单块阳极板，更是要求所有的阳极板均是。

1浇铸作业特点

1）生产特点。阳极板生产操作过程是将精炼炉中的高温液态铜（铜水温度1200℃左右）通过浇铸包，定量浇铸（人工定量、自动定量）进入依次安放在圆盘浇铸机圆周上的阳极模内。浇铸满一个模后浇铸包停止浇铸，浇铸机圆盘旋转一个模位，浇铸包再次进行浇铸，周而复始直到完成阳极炉中放出的铜水。与浇铸生产相对应的是：浇铸机也不断重复进行着启动→停止→再启动→再停止的间隙转动。同时，铸入阳极模内的铜水在浇铸机不断间隙转动的情况下主要通过空冷及水冷逐渐凝固形成阳极板。阳极板在取板工位由顶板装置顶起脱模后，取板机再从浇铸机上取出进入水槽冷却、排列后，运往下道电解生产作业流程。可见，圆盘浇铸机运行是间断周期性的，在一个浇铸作业的周期性内同时完成阳极板（非同一块）的浇铸、移位和取出。

2）发展现状。国内对现代化铜圆盘浇铸机的开发研制起步于20世纪80年代，南昌有色冶金设计研究院、赣州金环浇铸设备有限公司和贵溪冶炼厂等率先对江西贵溪冶炼厂引进的芬兰奥托昆普M16圆盘浇铸机进行了国产化工作，并在江西贵溪冶炼厂对原有的设备进行改造。近年来，国内对圆盘浇铸机的研发主要集中在两个方面：一是将齿轮传动取代槽轮传动；二是将自动浇铸取代人工浇铸，并且都取得了理想的效果。

2传动方式对平稳性的影响

圆盘浇铸机占主流的传动方式为槽轮传动和齿轮传动。

1）槽轮传动。槽轮机构（又称马尔他机构）能把主动轴的匀速连续转动转换为从动轴的周期性间隙转动，由于其运动特性十分符合圆盘浇铸机的浇铸生产方式，因此在相当长的一段时期内国内圆盘浇铸机的传动方式大多采用槽轮机构传动方式。槽轮机构的基本型式分为外接、内接和球面三类；按导方位不同分为径向导槽和非径向导槽两种。考虑到平稳运行和安装调试的方便，铜圆盘浇铸机多数采用外啮合及径向导槽设置。

槽轮机构传动中槽数越多，动力性能越好，但机构尺寸大。理论研究表明在外啮合传动方式中槽数大于15槽时，从动轮角加速度的变化曲线基本上为一直线。也就是说圆盘浇铸机槽轮外啮合传动的槽数一般都大于15槽，因此理论上属于平稳加速（启动）和平稳减速（停止）的运动特性。但是，在实际制造安装的过程中由于存在以下三方面问题破坏了浇铸机运行的平稳性：①由于圆盘直径过大，槽体无法整体定位制作，往往采用整体组装划线的方式，难以保证主动轮曲柄的拨杆垂直切入每一个槽体，造成启动冲击；②由于拨杆与槽体间存在相对运动，不可避免存在间隙。为了保证拨杆都能够正确切入每一个槽体，其间隙往往≥5㎜，形成非持续啮合，产生运行冲击。③由于圆盘直径过大，浇铸机槽轮传动的定位方式只能采用结构简单的凹凸锁止弧，定位精度低，反而因相互间的摩擦和触及形成对圆盘的运行产生震动。

提高圆盘浇铸机运行平稳性的通常方法：①采用可编程逻辑控制器（PLC）及调速电机，变化驱动轮的运动特性，减少浇铸机在启动、停止及运行过程中发生的冲击；②适当增加浇铸机的运行阻力，实现浇铸机始终被拨杆推着转，减少浇铸机的转动惯性产生的晃动。

2）齿轮传动。齿轮传动是现代机械应用最广泛的一种传动形式，采用的齿轮外形直径可以从几毫米到几十米。为了运行平稳、啮合正确，齿轮轮齿的轮廓曲线可以做成渐开线、摆线或圆弧等，由于渐开线齿轮在制造和安装上极为成熟，应用广泛，因此圆盘浇铸机的齿轮传动多数采用渐开线直齿圆柱齿轮。①齿轮传动具有工作平稳、安全可靠、结构紧凑的特点，国内在圆盘浇铸机的传动方式上采用齿轮传动是从引进设备的国产化开始的。由于齿轮传动是连续传动，圆盘浇铸机的浇铸生产工艺是间隙性的，因此需要采用可编程逻辑控制器（PLC）及调速电机控制驱动轮的运动特性，满足浇铸机平稳运行的要求。目前这是件很容易做到的事情。②齿轮传动的重合度是表示一对齿轮在啮合过程中同时参与啮合的轮齿的对数。重合度越大表明同时参与啮合轮齿的对数越多，每对齿的负荷就越小，负荷变动量也越小，传动就越平稳。齿轮传动的重合度与模数无关，但与齿数有关，随着齿数的增多而重合度加大。圆盘浇铸机直径较大，齿数较多，运动平稳性较理想。在实际设计中有中心传动和周边传动两种型式，选择时应考虑重合度因素的影响。

3结构类型对平稳性的影响

圆盘浇铸机基本结构型式有两种，周边支撑周边传动和中心支撑中心传动。

1）周边支撑、周边传动。结构简单，造价低，施工安装要求严格，对浇铸机平稳运行的影响主要集中在以下三方面：①由于中心定位，浇铸机圆形支撑轨道各点均以定位中心作圆周运动，如果安装在地面上的各支撑辊的转动轴线不能与圆盘实际回转中心相交，则浇铸机产生平面窜动；②浇铸机圆形支撑轨道以圆盘实际回转中心为点的转动如果存在不圆度，同样与各支撑辊之间产生平面窜动；③浇铸机圆形支撑轨道的回转平面存在的不平度，与各支撑辊接触时产生径向跳动。

2）中心支撑、中心传动。浇铸机的全部回转部分均设置在可转动中心支撑上，中心轴承起转动承载任务。由于没有多余相对接触运动，尤其是现如今，多数的圆盘浇铸机采用双伺服电机控制的中心驱动，用一个电机运行，另一个用来辅助制动，因此浇铸机运行十分平稳。中心支撑结构型式具有最平稳的运行效果，而且安装调试相对简便，但是制造加工比较困难，造价较高，但仍然是目前铜圆盘浇铸机的主流发展方向。

4结束语

提高圆盘浇铸机平稳运行的措施涵盖了设计、制造、安装和使用维护等诸多方面，但重点在设计和选型方面，因为开拓新思路，采用新技术是取得突破性效果的最重要途径。

参考文献：

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