一种节气打壳气缸和利用气缸打穿下料口的方法

技术领域

本发明属于气缸技术领域，具体涉及一种节气打壳气缸和利用气缸打穿下料口的方法。

背景技术

打壳气缸主要是应用于电解铝行业，电解铝时需要定时定量的向电解槽里加氧化铝粉料，打壳气缸的用途，就是把电解槽上层的壳层打穿（打穿下料处行业俗称火眼），保证氧化铝粉料顺利进到电解槽里。

打壳气缸是活塞杆向下竖直安装，活塞杆端连接打壳锤头。

行业希望的是打壳穿透后，再下氧化铝粉料。现在电解铝行业使用的是普通气缸，控制系统发出气缸打壳指令后，延时再发出氧化铝下料指令。因普通没有位置检测及反馈，不管是否打壳穿透，都会下氧化铝粉料。如果一次没有打壳穿透，那下次更不容易打壳穿透，壳层会越来越厚，形成恶性循环。这样的结果：一方面会造成电解槽里氧化铝浓度过低，产生阳极效应，不但电解铝产出减少，还会造成耗电上升，甚至引发安全事故(爆炸)；另一方面壳层外造成氧化铝粉堆积，清理困难。

另电解铝行业是耗能大户，如何节约电解槽上打壳气缸的压缩空气消耗量也是电解铝行业亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对上述的问题，提供了一种节气打壳气缸和利用气缸打穿下料口的方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种节气打壳气缸，包括活塞杆、前盖、缸筒、活塞和后盖，所述活塞杆的端部安装有打壳锤头；还包括组合阀、行程阀和PLC控制器；所述组合阀安装在后盖后侧，所述行程阀包括前行程阀和后行程阀，所述组合阀和行程阀分别与PLC控制器通信连接；

所述组合阀包括组合为一体的阀一、阀二和阀三,所述阀二处于阀一和阀三之间；所述阀一、阀二和阀三的阀体均包括阀腔和阀芯，所述阀芯能够在阀腔内滑动；所述阀一、阀二和阀三的阀芯长度方向平行；

所述组合阀开设有一个进气口和两个出气口，所述进气口通过气管与外部气源连通，两个所述出气口分别为出气口一和出气口二；所述进气口、出气口二与阀一的阀腔连通；所述出气口一与阀三的阀腔连通；

所述阀一的阀芯的往复滑动能够控制缸筒靠近后盖侧的进气和排气；所述阀二的阀芯的往复滑动能够控制阀一和阀三的阀腔的断开和连通；所述阀三的阀芯的往复滑动能够控制缸筒靠近前盖侧的进气和排气。

作为优选，所述阀一的阀腔包括由左到右的G腔、B腔、J腔和C腔，所述G腔、B腔之间和B腔、J腔之间以及J腔、C腔之间均开设有连通孔；所述B腔与缸筒靠近后盖侧连通，所述出气口二与G腔连通；所述阀一的阀芯为阀芯一，所述阀芯一包括由左到右的台肩一、沉割槽一、台肩二、沉割槽二和台肩三；所述阀芯一的沉割槽一部分在G腔、B腔之间的连通孔中滑动；所述阀芯一的沉割槽二部分在J腔、C腔之间的连通孔中滑动；所述阀芯一的台肩二部分与B腔、J腔之间的连通孔内壁滑动连接。

作为优选，所述阀二的阀腔包括由左到右的D腔、E腔，所述D腔、E腔之间开设有连通孔；所述E腔与阀一的C腔通过通孔一连通；所述阀二的阀芯为阀芯二，所述阀芯二包括由左到右的台肩四、沉割槽三、台肩五；所述阀芯二的沉割槽三部分在D腔、E腔之间的连通孔中滑动。

作为优选，所述阀三的阀腔包括由左到右的H腔、A腔和F腔，所述H腔、A腔之间和A腔、F腔之间均开设有连通孔；所述腔与阀二的D腔通过通孔二连通；所述阀三的阀芯为阀芯三，所述阀芯三包括由左到右的台肩六、沉割槽四、台肩七；所述阀芯三的沉割槽四部分在H腔、A腔之间和A腔、F腔之间连通孔中滑动；所述A腔通过前盖进气管与缸筒靠近前盖侧连通，所述出气口一与H腔连通。

作为优选，所述组合阀还包括直动式电磁阀一和直动式电磁阀二，所述直动式电磁阀一和直动式电磁阀二分别与PLC控制器通信连接；所述直动式电磁阀一的通电和断电的切换能够带动阀芯一往复移动；所述直动式电磁阀二的通电和断电的切换能够带动阀芯三往复移动；所述前行程阀和后行程阀均为直动式常闭阀，所述后行程阀的开闭能够带动阀芯二的往复移动。

作为优选，所述直动式电磁阀一和直动式电磁阀二均为直动式二位三通电磁阀，并且均包括工作出气口和进气口，所述直动式二位三通电磁阀的进气口与外部气源连通；所述前行程阀和后行程阀均为插装式二位三通常闭行程阀，并且均包括工作出气口和进气口；所述前行程阀和后行程阀的进气口分别通过行程阀进气管与外部气源连通；所述前行程阀的工作出气口与行程阀出气管连通；所述前行程阀包括气电转换器一，所述气电转换器一的气动测量头安装在前行程阀的工作出气口；所述后行程阀还包括气电转换器二，所述气电转换器二的气动测量头安装在后行程阀的工作出气口；所述气电转换器一和气电转换器二分别与PLC控制器通信连接。

作为优选，节气打壳气缸还包括自锁部件，所述自锁部件能够锁紧活塞杆远离打击锤头端；所述阀芯一的台肩一端部安装有活塞一，所述阀芯一另一端的截面积小于活塞一的截面积，所述活塞一远离阀芯一的一侧与直动式电磁阀一的工作出气口连通，所述阀芯一远离活塞一的端部连通外部气源；所述阀芯二的台肩四端部安装有活塞二，所述阀芯二另一端的截面积小于活塞二的截面积，所述活塞二远离阀芯二的一侧与后行程阀的工作出气口连通，所述阀芯二远离活塞二的端部连通外部气源；所述阀芯三的台肩七端部安装有活塞三，所述阀芯三另一端的截面积小于活塞三的截面积，所述活塞三远离阀芯三的一侧与直动式电磁阀二的工作出气口连通，所述阀芯三远离活塞三的端部连通外部气源。

一种利用气缸打穿下料口的方法，利用所述的节气打壳气缸打穿电解槽下料口处的壳层，包括以下步骤：

步骤一节气打壳气缸竖直安装，所述活塞杆下端的打壳锤头正对电解槽下料口处的壳层；初始状态下，所述活塞靠近后盖且压迫后行程阀的探测端，所述后行程阀的工作出气口有输出气，所述气电转换器二将信号传送给PLC控制器；同时后行程阀的开通带动阀二的阀芯二移动切断阀三的进气通路；同时所述阀一中阀芯一的台肩二阻断组合阀进气口和阀一中的B腔间的气体通路；同时所述阀三中阀芯三的台肩六阻断H腔和A腔间的气体通路；所述自锁部件锁紧活塞杆远离打击锤头端；

步骤二PLC控制器接收到打穿电解槽下料口处的壳层的指令，首先控制直动式电磁阀二得电，直动式电磁阀二得电带动阀三的阀芯三移动，阀三的A腔与出气口一口连通，阀芯三的台肩七阻断A腔和F腔间的连通孔，缸筒靠近前盖侧排气，在打击锤头及活塞杆重力作用下，活塞杆及活塞向下移动；

步骤三当活塞离开后行程阀后，阀二的阀芯二复位，开通阀三的进气通路；由于阀芯三的台肩七阻断A腔和F腔间的连通孔，活塞和打壳锤头继续下移；

步骤四在设定时间内前行程阀的气电转换器一没有输出，PLC控制器控制直动式电磁阀一得电，直动式电磁阀一得电带动阀一的阀芯一移动，组合阀进气口与B腔连通，缸筒后侧连通气源，活塞杆和打壳锤头加压打壳，当气压加到能压破壳层时，活塞就会继续下移压迫前行程阀的探测端，前行程阀的气电转换器一输出信号给PLC控制器，然后PLC控制器会控制直动式电磁阀一和直动式电磁阀二断电，阀一、阀三复位，A腔通气，B腔排气，使活塞杆和活塞缩回；

步骤五当活塞触发后行程阀的探测端后，后行程阀的开通带动阀芯二移动，切断阀三的进气通路，恢复到步骤一的状态。

作为优选，所述步骤一中后行程阀的开通带动阀二的阀芯二移动，阀芯二的台肩四封堵阀二的D腔和E腔之间的连通孔，切断阀三的进气通路。

作为优选，所述步骤二活塞杆及活塞向下移动过程中，阀一的B腔和出气口二连通；所述步骤四中进气口与腔连通，同时阀芯一的台肩一封堵G腔和B腔之间的连通孔；阀芯一的台肩二封堵J腔和C腔之间的连通孔。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明的节气打壳气缸利用组合阀和行程阀的结合，实现了电解槽打火眼过程中的节气和按需供气；

(2)利用气缸打穿下料口的方法中步骤二活塞杆和打击锤头在重量作用下向下移动，不需气源供气，实现了节气；

(3)利用气缸打穿下料口的方法中步骤四在设定时间内前行程阀的气电转换器一没有输出，打壳气缸进行加压打壳，实现了按需供气；活塞触发前行程阀探测端则加压打壳立即停止；

(4)当活塞触发后行程阀的探测端后，后行程阀开通带动阀二移动，切断阀三的进气通路,按需供气；

(5)步骤二活塞杆及活塞向下移动过程中，阀一的B腔和出气口二连通，活塞上下气压相同，使得活塞杆和打击锤头在自身重力作用下顺利下移。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍：

图1为实施例1提供的节气打壳气缸示意图一；

图2为实施例1提供的节气打壳气缸示意图二；

图3为实施例1提供的节气打壳气缸立体图；

图4为节气打壳气缸中组合阀的立体图；

图5为节气打壳气缸中组合阀的锁紧状态图；

图6为利用气缸打穿下料口的方法中步骤二中组合阀状态图；

图7为利用气缸打穿下料口的方法中步骤三中组合阀状态图；

图8为利用气缸打穿下料口的方法中步骤四中加压打壳时组合阀状态图；

图9为利用气缸打穿下料口的方法中步骤四中活塞杆和活塞缩回过程中组合阀状态图。

附图标记说明：

1—活塞杆，2—前盖，3—缸筒，4—活塞，5—后盖；

6—组合阀，61—阀芯一，62—阀芯二，63—阀芯三；

7—行程阀，71—前行程阀，72—后行程阀；

8—自锁部件，9—前盖进气管，10—行程阀进气管，11—行程阀出气管；

FA—阀一，FB—阀二，FC—阀三，P—组合阀进气口，O1—出气口一，O2—出气口二，D1—直动式电磁阀一，D2—直动式电磁阀二，K1—气电转换器一，K2—气电转换器二，A0—通孔一，A1—通孔二。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1

下面结合附图1-图9对本发明作进一步的描述，一种节气打壳气缸，如图1-图3所示，包括活塞杆1、前盖2、缸筒3、活塞4和后盖5，活塞杆1的端部安装有打壳锤头；还包括组合阀6、行程阀7和PLC控制器；组合阀6安装在后盖5后侧，行程阀7包括前行程阀71和后行程阀72，组合阀6和行程阀7分别与PLC控制器通信连接。

如图4和图5所示，组合阀6包括组合为一体的阀一FA、阀二FB和阀三FC,阀二FB处于阀一FA和阀三FC之间；阀一FA、阀二FB和阀三FC的阀体均包括阀腔和阀芯，阀芯能够在阀腔内滑动；阀一FA、阀二FB和阀三FC的阀芯长度方向平行。

如图5所示，组合阀6开设有一个组合阀进气口P和两个出气口，组合阀进气口P通过气管与外部气源连通，两个出气口分别为出气口一O1和出气口二O2；组合阀进气口P、出气口二O2与阀一FA的阀腔连通；出气口一O1与阀三FC的阀腔连通。

如图5-图9所示，阀一FA的阀芯的往复滑动能够控制缸筒3靠近后盖5侧的进气和排气；阀二FB的阀芯的往复滑动能够控制阀一FA和阀三FC的阀腔的断开和连通；阀三FC的阀芯的往复滑动能够控制缸筒3靠近前盖2侧的进气和排气。

如图5-图9所示，阀一FA的阀腔包括由左到右的G腔、B腔、J腔和C腔，G腔、B腔之间和B腔、J腔之间以及J腔、C腔之间均开设有连通孔；B腔与缸筒3靠近后盖5侧连通，出气口二O2与G腔连通；阀一FA的阀芯为阀芯一61，阀芯一61包括由左到右的台肩一、沉割槽一、台肩二、沉割槽二和台肩三；阀芯一61的沉割槽一部分在G腔、B腔之间的连通孔中滑动；阀芯一61的沉割槽二部分在J腔、C腔之间的连通孔中滑动；阀芯一61的台肩二部分与B腔、J腔之间的连通孔内壁滑动连接。

如图5-图9所示，阀二FB的阀腔包括由左到右的D腔、E腔，D腔、E腔之间开设有连通孔；E腔与阀一FA的C腔通过通孔一A0连通；阀二FB的阀芯为阀芯二62，阀芯二62包括由左到右的台肩四、沉割槽三、台肩五；阀芯二62的沉割槽三部分在D腔、E腔之间的连通孔中滑动。

如图5-图9所示，阀三FC的阀腔包括由左到右的H腔、A腔和F腔，H腔、A腔之间和A腔、F腔之间均开设有连通孔；F腔与阀二FB的D腔通过通孔二A1连通；阀三FC的阀芯为阀芯三63，阀芯三63包括由左到右的台肩六、沉割槽四、台肩七；阀芯三63的沉割槽四部分在H腔、A腔之间和A腔、F腔之间连通孔中滑动；A腔通过前盖进气管9与缸筒3靠近前盖2侧连通，出气口一O1与H腔连通。

如图4所示，组合阀6还包括直动式电磁阀一D1和直动式电磁阀二D2，直动式电磁阀一D1和直动式电磁阀二D2分别与PLC控制器通信连接；直动式电磁阀一D1的通电和断电的切换能够带动阀芯一61往复移动；直动式电磁阀二D2的通电和断电的切换能够带动阀芯三63往复移动；如图2所示，前行程阀71和后行程阀72均为直动式常闭阀，后行程阀72的开闭能够带动阀芯二62的往复移动。

如图2和图3所示，直动式电磁阀一D1和直动式电磁阀二D2均为直动式二位三通电磁阀，并且均包括工作出气口和进气口，直动式二位三通电磁阀的进气口与外部气源连通。

前行程阀71和后行程阀72均为插装式二位三通常闭行程阀，并且均包括工作出气口和进气口；前行程阀71和后行程阀72的进气口分别通过行程阀进气管10与外部气源连通；前行程阀71的工作出气口与行程阀出气管11连通。

本实施例中的前行程阀71和后行程阀72采用CN202222980697.6中的插装式二位三通常闭行程阀，后行程阀72的工作出气口为CN202222980697.6中的插装式二位三通常闭行程阀的工作口。

本实施例中的直动式电磁阀一D1和直动式电磁阀二D2的形状构造与CN202222980697.6中的插装式二位三通常闭行程阀类似，但是阀杆由电磁控制。

如图4所示，前行程阀71包括气电转换器一K1，气电转换器一K1的气动测量头安装在前行程阀71的工作出气口；后行程阀72还包括气电转换器二K2，气电转换器二K2的气动测量头安装在后行程阀72的工作出气口；气电转换器一K1和气电转换器二K2分别与PLC控制器通信连接。

如图1所示，节气打壳气缸还包括自锁部件8，自锁部件8能够锁紧活塞杆1远离打击锤头端。

如图5所示，阀芯一61的台肩一端部安装有活塞一，阀芯一61另一端的截面积小于活塞一的截面积，活塞一远离阀芯一61的一侧与直动式电磁阀一D1的工作出气口连通，阀芯一61远离活塞一的端部连通外部气源。

如图5所示，阀芯二62的台肩四端部安装有活塞二，阀芯二62另一端的截面积小于活塞二的截面积，活塞二远离阀芯二62的一侧与后行程阀72的工作出气口连通，阀芯二62远离活塞二的端部连通外部气源。

如图5所示，阀芯三63的台肩七端部安装有活塞三，阀芯三63另一端的截面积小于活塞三的截面积，活塞三远离阀芯三63的一侧与直动式电磁阀二D2的工作出气口连通，阀芯三63远离活塞三的端部连通外部气源。

由于阀芯一61、阀芯二62和阀芯三63的一端安装活塞，另一端未安装活塞(截面积小)，所以当活塞端通气时由于活塞端截面积大(受压力大)，阀芯一61、阀芯二62和阀芯三63被活塞推动；当活塞端不通气时，气源推动远离活塞的一端，阀芯一61、阀芯二62和阀芯三63复位。

一种利用气缸打穿下料口的方法，利用上述的节气打壳气缸打穿电解槽下料口处的壳层，包括以下步骤：

步骤一节气打壳气缸竖直安装，活塞杆1下端的打壳锤头正对电解槽下料口处的壳层；如图5所示，初始状态下，活塞4靠近后盖5且压迫后行程阀72的探测端，后行程阀72的出气口有输出气，气电转换器二K2将信号传送给PLC控制器；同时后行程阀72的开通带动阀二FB的阀芯二62移动切断阀三FC的进气通路；同时阀一FA中阀芯一61的台肩二阻断组合阀进气口P和阀一FA中的B腔间的气体通路；同时阀三FC中阀芯三63的台肩六阻断H腔和A腔间的气体通路；自锁部件8锁紧活塞杆1远离打击锤头端；

步骤二PLC控制器接收到打穿电解槽下料口处的壳层的指令，如图6所示，首先控制直动式电磁阀二D2得电，直动式电磁阀二D2得电带动阀三FC的阀芯三63移动，阀三FC的A腔与出气口一O1口连通，阀芯三63的台肩七阻断A腔和F腔间的连通孔，缸筒3靠近前盖2侧排气，在打击锤头及活塞杆1重力作用下，活塞杆1及活塞4向下移动；

步骤三如图7所示，当活塞4离开后行程阀72后，阀二FB的阀芯二62复位，开通阀三FC的进气通路；由于阀芯三63的台肩七阻断A腔和F腔间的连通孔，活塞4和打壳锤头继续下移；

步骤四在设定时间内前行程阀71的气电转换器一K1没有输出，如图8所示，PLC控制器控制直动式电磁阀一D1得电，直动式电磁阀一D1得电带动阀一FA的阀芯一61移动，组合阀进气口P与B腔连通，缸筒3后侧连通气源，活塞杆1和打壳锤头加压打壳；如图9所示，当气压加到能压破壳层时，活塞4就会继续下移压迫前行程阀71的探测端，前行程阀71的气电转换器一K1输出信号给PLC控制器，然后PLC控制器会控制直动式电磁阀一D1和直动式电磁阀二D2断电，阀一FA、阀三FC复位，A腔通气，B腔排气，使活塞杆1和活塞4缩回；

步骤五当活塞4触发后行程阀72的探测端后，后行程阀72开通带动阀芯二62移动，切断阀三FC的进气通路，恢复到步骤一的状态，如图5所示。

步骤四的另外一种情况：如果火眼畅通(不需要打壳)，在设定时间内，前行程阀71就会触发，前行程阀71的气电转换器一K1输出信号给PLC控制器，然后PLC控制器会控制直动式电磁阀二D2断电，阀三FC复位，A腔通气，B腔排气，使活塞杆1和活塞4缩回。

如图5所示，步骤一中后行程阀72开通带动阀二FB的阀芯二62移动，阀芯二62的台肩四封堵阀二FB的D腔和E腔之间的连通孔，切断阀三FC的进气通路。

如图6所示，步骤二活塞杆1及活塞4向下移动过程中，阀一FA的B腔和出气口二02连通。

如图8所示，步骤四中组合阀进气口P与B腔连通，同时阀芯一61的台肩一封堵G腔和B腔之间的连通孔；阀芯一61的台肩二封堵J腔和C腔之间的连通孔。

实施例2

本实施例与实施例1的区别是：阀芯一61远离活塞一的端部安装有复位弹簧一；阀芯二62远离活塞二的端部安装有复位弹簧二；阀芯三63远离活塞三的端部安装有复位弹簧三。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，仍属于本发明技术方案的保护范围。