一种铝电解仿真实训操作系统及其操作方法与流程

本发明涉及属于大专院校实训教具技术领域，具体为一种铝电解仿真实训操作系统及其操作方法。

背景技术：

目前，铝电解行业相关研究课题主要针对解决工业现场某一实际问题及需求，其实验设备带有明确的指向性，并不适用于大专院校教学实训的需要。大专院校学生的认识实习及实际操作培训通常都是到企业的生产现场进行，但去生产现场不仅影响工人的正常操作，危险性较大，而且培训效果不好。

现有技术申请号为：cn201620476760.4，名称为：铝电解仿真实训母线提升系统的发明专利公开了一种铝电解仿真实训母线提升系统，能够模拟铝电解过程中母线提升操作，但是模拟项目过于单一，无法全面地对铝电解过程进行模拟。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铝电解仿真实训操作系统及其操作方法，更够在大专院校教学场地进行铝电解仿真实训操作，模拟铝电解过程中的阳极更换、母线提升及出铝过程等操作。

为解决上述技术问题，本发明一种铝电解仿真实训操作系统包括有铝电解槽、阳极更换装置和铝包出铝装置，铝电解槽内设有阴极炭块，阴极炭块连接在铝电解槽底部，铝电解槽内设有铝电解槽槽帮，铝电解槽槽帮设在铝电解槽底部两侧，铝电解槽内设有阳极炭块、阳极钢爪、母线和阳极导电杆，阳极钢爪连接在阳极炭块顶端，阳极导电杆连接在阳极钢爪顶端，母线连接在阳极导电杆上，母线上设有母线挂钩，母线挂钩上连接有小合卡，阳极导电杆连接在小合卡和母线之间，母线上连接有母线连接带，铝电解槽上方设有固定框架，固定框架上连接有母线提升电机，母线提升电机与母线连接，固定框架上还连接有打壳下料驱动气缸和气动管路，气动管路一端与打壳下料驱动气缸连通，气动管路另一端连接空压机，打壳下料驱动气缸下端连接有打壳下料机构；阳极更换装置设在铝电解槽上方，阳极更换装置包括有横向移动行车、纵向移动行车和行车轨道，行车轨道连接在教室前后横梁之间，纵向移动行车活动连接在行车轨道上，横向移动行车活动连接在纵向移动行车上；铝包出铝装置设在铝电解槽侧方。

本发明采用金属材料支撑与实际铝电解生产结构相似的铝电解槽，根据工业上广泛使用的预焙铝电解槽为基础，按工业现场的实际情况进行微缩、布局及设计的。可实现实训操作的阳极更换、可进行实训操作的抬母、槽内含视频播放的教学演示系统，可进行实训操作的出铝系统，含槽内工艺的槽下结构展示。一般每台电解槽长约4.6米，宽约2米，高度为1.5米左右，既可以详细展示各部分细节情况，也方便学生在槽旁实训操作。另外还可根据实际情况在教师内布置多排的铝电解槽1，如图9所示的，就是多个铝电解槽布置示意图。

铝电解槽上方安置有多路气动驱动管路，其最终连接到打壳下料驱动气缸上。工业现场的实际电解槽上安置有更多的气动元件和阀门等，本模型中作了简化。打壳下料机构的动作时间，由plc控制系统在固定的下料周期控制电磁阀完成该部分动作。

整个铝电解槽完整展示了工业现场电解槽的主要部件，阴极炭块为刚制的，阳极炭块、阳极钢爪和阳极导电杆也均为钢制的。

进一步的，所述的阳极更换装置包括有阳极升降电机、阳极升降导杆、阳极夹持机构、阳极升降套杆，行车轨道连接在教室前后横梁之间，纵向移动行车活动连接在行车轨道上，横向移动行车活动连接在纵向移动行车上，横向移动行车下端连接有阳极升降套杆，阳极升降套杆内滑动连接有阳极升降导杆，阳极升降导杆顶端连接有齿条，阳极升降套杆外侧顶部连接有阳极升降电机，阳极升降电机输出轴穿过阳极升降套杆外壁，阳极升降电机输出轴上连接有齿轮，齿轮设在阳极升降套杆内部，齿轮与齿条啮合，阳极夹持机构连接在阳极升降导杆底端，阳极夹持机构底端连接在阳极导电杆顶端。

进一步的，所述的阳极夹持机构包括有夹持气缸和夹板，夹板设有两个，两个夹板分别连接在阳极升降导杆左右两侧，两个夹板顶端均通过销轴转动连接在阳极升降导杆侧面，两个夹板对称，气缸连接在两个夹板之间，气缸为薄型双头双杆双向气缸，气缸设有两个活塞杆，两个活塞杆分别设在气缸前后两端，气缸两个活塞杆上均连接有连接块，两个夹板上均设有缺槽，缺槽为腰槽，缺槽沿夹板长度方向设置，两个连接块分别通过销轴转动连接在连个夹板上，两个连接块分别转动连接在连个缺槽内，阳极导电杆顶端夹持在两个夹板之间。

进一步的，所述的阳极导电杆顶部设有夹持孔，夹持孔贯穿阳极导电杆，两个夹板底部内侧均设有凸起点，两个凸起点分别连接在夹持孔两端；所述的阳极夹持机构包括有u型限位板，u型限位板底板连接在阳极升降导杆底部后侧，u型限位板两侧板分别设置两个夹板外侧；所述的阳极夹持机构包括有阳极杆限位板，阳极杆限位板连接在阳极升降导杆底部前侧，阳极杆限位板底端低于两个夹板底端，阳极杆限位板连接在阳极导电杆侧面。

考虑到大专院校教室空间情况，无法将工业现场的多功能天车直接放入整个空间内，所以利用横向移动行车、纵向移动行车和行车轨道仿真模拟工业现场的多功能天车，阳极升降电机控制阳极升降导杆及阳极夹持机构的升降，从而实现阳极的夹持与升降，从而仿真模拟阳极更换过程，阳极升降电机转动带动齿轮转动，齿轮转动带动齿条的上升或下降，从而实现了阳极夹持机构和阳极导电杆的上升或下降。

气缸为薄型双头双杆双向气缸，通过操作气缸使气缸的两个活塞杆同时伸出或收回，即可实现的开启或闭合，夹板下端夹持阳极导电杆顶端使用阳极杆的夹持，连接块的设置使气缸的活塞杆在伸出或收回使不会卡死，气缸的活塞杆伸出或收回时，连接块会相对于夹板产生转动，以适应气缸的活塞杆伸出或收回时气缸的活塞杆与夹板之间的角度变换。使用简单方便，结构设计合理，无需手动操作即可实现阳极导电杆的夹持。

需要注意的是，气缸除了使用薄型双头双杆双向气缸外，为可以使用普通的单头单向薄型气缸，使用单头单向薄型气缸时，将气缸底部与气缸活塞杆分别与两个连接块连接即可，但是使用单头单向薄型气缸容易造成两个夹板其中还一个开启不顺畅，需要在装配时注意调试。

夹持孔与凸起点的设置使夹板夹持阳极导电杆更加牢固可靠。

u型限位板对两个夹板开启进行限位，方便使用，提高设备使用稳定性。

阳极杆限位板对阳极导电杆起到导向作用，使阳极导电杆更加顺利的进入阳极夹持机构的夹持区域。

进一步的，所述的阳极更换装置还包括有母线提升电机、小合卡气缸、小合卡伸缩杆、电动扳手卡板和支撑板，小合卡气缸底端和小合卡伸缩杆顶端通过连接杆连接在横向移动行车下方，小合卡伸缩杆设在小合卡气缸外侧，小合卡伸缩杆底端连接有支撑板，小合卡气缸活塞杆顶端连接在支撑板顶面上，母线提升电机通过连接杆连接在横向移动行车下方，母线提升电机输出轴上连接有电动扳手传动轴，电动扳手传动轴包括有固定杆、滑动杆和电动扳手套筒，固定杆顶端与提升电机连接，固定杆内设有滑动孔，滑动杆滑动连接在滑动孔内，滑动孔截面形状和滑动杆截面形状为多边形，电动扳手套筒连接在滑动杆下端，电动扳手套筒穿过支撑板，电动扳手套筒与支撑板之间连接有气缸，电动扳手卡板连接在支撑板底面上，电动扳手卡板连接在电动扳手套筒侧方，电动扳手卡板下端设有卡口，母线连接在阳极导电杆后侧，母线挂钩设有两个，两个母线挂钩分别连接在阳极导电杆左右两侧，两个母线挂钩伸出阳极导电杆，小合卡连接在两个母线挂钩上，小合卡用于连接母线和阳极导电杆，小合卡包括有上臂、下臂、上撑块、下撑块、连接杆和螺杆，下臂的一端和上臂的一端通过连接杆连接，下臂和上臂均可绕连接杆转动，上臂的另一端连接有上撑块，下臂的另一端连接有下撑块，上撑块和下撑块通过螺杆连接，电动扳手套筒下端连接在螺杆上，电动扳手卡板下端卡口连接在连接杆上。

本发明相较于现有技术申请号为：cn201620476760.4，名称为：铝电解仿真实训母线提升系统的实用新型专利，将母线提升电机连接在小合卡气缸上方，母线提升电机不再跟随小合卡气缸上升或下降，减轻了小合卡气缸的负荷，提高设备用使用稳定性，滑动孔截面形状和滑动杆截面形状为多边形，如矩形，使电动扳手传动轴的设置满足高度升降的要求又满足了转动要求。

进一步的，铝包出铝装置包括有铝包、水缸、吸铝管道和虹吸组件，铝包包括有下壳、上壳和吸铝接管，下壳与上壳通过螺栓螺母连接在一起，吸铝接管连接在上壳侧面，吸铝管道连接在铝包外部，吸铝管道连接在吸铝接管上，水缸连接在铝包内部，水缸包括有进水口和虹吸口，进水口连接在水缸侧面，进水口上连接有吸水接管，吸水接管与进水口之间连接有快插接头，吸水接管连接在吸铝接管与吸铝管道内，虹吸组件连接在上壳顶面上，虹吸组件包括有引射器、空气阀门和空压机接管，引射器包括有高压流体入口、低压流体入口和流体出口，空气阀门一端连接在引射器高压流体入口上，空压机接管连接在空气阀门另一端，空压机接管另一端连接有空压机，虹吸口设在水缸顶面上，虹吸口上连接有空气接管，空气接管一端连接在虹吸口上，空气接管另一端连接在引射器的低压流体入口上。

进一步的，所述的水缸上设有排水口，排水口设在水缸底面上，排水口上连接有排水接管，排水接管与水缸之间连接有快插接头，排水接管穿过下壳，排水接管另一端连接有排水阀门。

进一步的，所述的下壳内设有水缸支架，水缸连接在水缸支架上；所述的上壳顶面上连接有接连头，所述的空气接管连接在接连头下端，所述的引射器的低压流体入口连接在接连头上端；所述的虹吸组件包括有消声器，消声器连接在引射器的流体出口上。

进一步的，所述的水缸为透明玻璃制成，所述的下壳和上壳侧面为透明有机玻璃。

本装置与实际铝电解铝包在外观上基本一致，最大区别在于用清水代替高温铝液完成操作，主要利用引射器从高压流体入口射入气体从流体出口排出气体过程中能够对低压流体入口形成抽空作用，从而使水缸内部形成真空，从而使进水口通过吸水接管将清水吸入水缸，而吸铝管道的设置仅为仿真铝包外观的作用，吸水接管采用快插接头进行连接，装卸方便，无有害气体及粉尘污染，也不会产生强磁场和高温危险，体积上进行了比例缩小，内部结构进行了简化，危险性大大降低。通过排水接管及排水阀门进行排水，需要排水时无需再将水缸取出，提高使用便利性。水缸支架增加了水缸的高度，既方便观察水缸，又方便水缸底面上集体零部件的设置。接连头起到固定引射器及联通引射器与水缸的作用。消声器主要起消声作用。

一种铝电解仿真实训操作系统的操作方法，包括有如下步骤：

s1.阳极导电杆的更换：

s1-1.操作横向移动行车和纵向移动行车将阳极夹持机构移动到需要更换的阳极导电杆的正上方；

s1-2.操作夹持气缸使夹持气缸两活塞杆伸出，两个夹板打开；

s1-3.启动阳极升降电机使阳极升降导杆带动阳极夹持机构下降，夹持机构下降到阳极导电杆上端时停止阳极升降电机；

s1-4.启动夹持气缸使夹持气缸两活塞杆收回，两个夹板闭合，两个夹板上的凸起点连接到夹持孔中；

s1-5.启动小合卡气缸使小合卡气缸活塞杆伸出，使小合卡伸缩杆伸长，支撑板下降，电动扳手传动轴伸长，电动扳手卡板下端卡口连接在小合卡连接杆上，电动扳手套筒下端连接在小合卡的螺杆上；

s1-6.启动电动扳手电机，使电动扳手传动轴转动，电动扳手套筒带动小合卡的螺杆转动，使小合卡松开阳极导电杆，停止电动扳手电机转动；

s1-7.启动小合卡气缸使小合卡气缸活塞杆伸出收回，小合卡伸缩杆收回，支撑板升起；

s1-8.启动阳极升降电机使阳极升降导杆带动阳极夹持机构升起，阳极夹持机构夹持阳极导电杆升起，阳极导电杆下端完全拔出后停止阳极升降电机；

s1-9.操作横向移动行车和纵向移动行车将阳极导电杆移动到固定位置；

s1-10.启动阳极升降电机使阳极升降导杆带动阳极夹持机构下降，阳极夹持机构夹持阳极导电杆下降，阳极导电杆下降到位后，启动夹持气缸使夹持气缸两活塞杆伸出，两个夹板开启，两个夹板上的凸起点离开夹持孔，阳极导电杆落下；

s1-11.启动阳极升降电机使阳极升降导杆带动阳极夹持机构上升；

s1-12.操作横向移动行车和纵向移动行车将阳极夹持机构移动到新的阳极导电杆的正上方；

s1-13.启动阳极升降电机使阳极升降导杆带动阳极夹持机构下降，夹持机构下降到新的阳极导电杆上端时停止阳极升降电机；

s1-14.启动夹持气缸使夹持气缸两活塞杆收回，两个夹板闭合，两个夹板上的凸起点连接到新的阳极导电杆的夹持孔中；

s1-15.启动阳极升降电机使阳极升降导杆带动阳极夹持机构升起，阳极夹持机构夹持新的阳极导电杆升起；

s1-16.操作横向移动行车和纵向移动行车将新的阳极导电杆移动到已取出的阳极导电杆位置正上方；

s1-17.启动阳极升降电机使阳极升降导杆带动阳极夹持机构下降，夹持机构夹持阳极导电杆下降，使用阳极导电杆插入已取出的阳极导电杆的位置；

s1-18.启动小合卡气缸使小合卡气缸活塞杆伸出，使小合卡伸缩杆伸长，支撑板下降，电动扳手传动轴伸长，电动扳手卡板下端卡口连接在小合卡连接杆上，电动扳手套筒下端连接在小合卡的螺杆上；

s1-19.启动电动扳手电机，使电动扳手传动轴转动，电动扳手套筒带动小合卡的螺杆转动，使小合卡锁紧阳极导电杆，停止电动扳手电机转动；

s1-20.启动小合卡气缸使小合卡气缸活塞杆伸出收回，小合卡伸缩杆收回，支撑板升起；

s1-21.启动夹持气缸使夹持气缸两活塞杆伸出，两个夹板开启，两个夹板上的凸起点离开夹持孔；

s1-22.启动阳极升降电机使阳极升降导杆带动阳极夹持机构上升,完成阳极导电杆的更换；

在进行步骤s1-4和步骤s1-14使用夹板夹持阳极导电杆时，操作时可能存在由于阳极夹持机构下降高度不准确凸起点无法准备连接在夹持孔中的情况，若遇到这种情况，可以根据夹板夹持阳极导电杆的实际情况重新操作阳极升降电机修正夹持机构的高度，以便凸起点顺利连接在夹持孔中。

s2.铝包出铝装置模拟出铝操作：

s2-1.取清水一盆，代替铝液，将清水盆放入铝电解槽内；

s2-2.将吸水接管连接在清水中；

s2-3.开启空气阀门；

s2-4.开启与空压机接管连接的空压机；

s2-5.空压机工作，压缩空气从引射器高压流体入口流入从流体出口流出，并对低压流体入口形成抽真空，从而使水缸内部形成真空；

s2-6.水缸内部形成真空,使吸水接管将清水吸入水缸，完成模拟出铝；

s2-7.模拟出铝完成后关闭空压机接管，并关闭空气阀门；

s2-8.水缸内清水需要排放时，开启排水阀门进行排水。

铝包出铝装置模拟出铝操作操作过程中无有害气体及粉尘污染，危险性大大降低，能够方便、直观地进行教学，显著提升学习效果，提高教学质量，将相关工艺独立出来有益于在教学过程中反复使用和学生技能训练操作，操作过程在常温下进行，而且操作失误不会造成原料浪费，更不会造成安全事故，使学生的训练操作成本大大降低，操作过程安全系数高。

本发明虽然不完全按工业现场设计，但考虑到教学需要，本发明也吻合实际工艺操作。

本发明的有益效果是：包括有铝电解槽、阳极更换装置和铝包出铝装置，铝电解槽内设有阴极炭块，阴极炭块连接在铝电解槽底部，铝电解槽内设有铝电解槽槽帮、阳极炭块、阳极钢爪、母线和阳极导电杆，阳极钢爪连接在阳极炭块顶端，阳极导电杆连接在阳极钢爪顶端，母线连接在阳极导电杆上，母线上设有母线挂钩，母线挂钩上连接有小合卡，阳极导电杆连接在小合卡和母线之间，母线上连接有母线连接带，气动管路一端与打壳下料驱动气缸连通，气动管路另一端连接空压机，打壳下料驱动气缸下端连接有打壳下料机构；阳极更换装置设在铝电解槽上方，铝包出铝装置设在铝电解槽侧方。本发明整个系统简化了结构、降低了成本、提高了强度和使用寿命，突出了学生技能训练需求。操作过程在常温下进行，系统可反复多次使用，而不必考虑实际生产现场的制约因素，不会造成原材料浪费，多次换极不会造成热量的损失，操作过程无电磁场及烟尘污染。铝包出铝装置主要利用引射器从高压流体入口射入气体从流体出口排出气体过程中能够对低压流体入口形成抽空作用，从而使水缸内部形成真空，从而使进水口通过吸水接管将清水吸入水缸，而吸铝管道的设置仅为仿真铝包外观的作用，吸水接管采用快插接头进行连接，装卸方便，无有害气体及粉尘污染，也不会产生强磁场和高温危险，体积上进行了比例缩小，内部结构进行了简化，危险性大大降低。操作过程中无有害气体及粉尘污染，危险性大大降低，能够方便、直观地进行教学，显著提升学习效果，提高教学质量，将相关工艺独立出来有益于在教学过程中反复使用和学生技能训练操作，操作过程在常温下进行，而且操作失误不会造成原料浪费，更不会造成安全事故，使学生的训练操作成本大大降低，操作过程安全系数高。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明阳极更换装置处使用状态示意图；

图3为本发明阳极夹持机构夹持状态结构示意图；

图4为本发明阳极夹持机构非夹持状态结构示意图；

图5为本发明阳极夹持机构侧视图；

图6为本发明铝包结构局部剖视示意图；

图7为本发明水缸处管道连接示意图；

图8为本发明铝包工作过程中的气体流动示意图；

图9为本发明多个铝电解槽布置示意图。

图中：1.铝电解槽；2.阴极炭块；3.阳极炭块；4.阳极钢爪；5.母线挂钩；6.铝电解槽槽帮；7.母线；8.母线连接带；9.小合卡；10.母线提升电机；11.打壳下料驱动气缸；12.气动管路；13.料仓；14.打壳下料机构；15.阳极导电杆；1501.夹持孔；16.横向移动行车；17.纵向移动行车；18.行车轨道；19.阳极升降电机；20.阳极升降导杆；21.阳极夹持机构；2101.夹持气缸；2102.夹板；21021.凸起点；21022.缺槽；2103.连接块；2104.u型限位板；2105.阳极杆限位板；22.阳极升降套杆；23.齿轮；24.齿条；25.电动扳手电机；26.小合卡气缸；27.小合卡伸缩杆；28.电动扳手传动轴；2801.固定杆；2802.滑动孔；2803.滑动杆；2804.电动扳手套筒；29.电动扳手卡板；30.支撑板；31.铝包；3101.下壳；3102.上壳；3103.吸铝接管；32.水缸；3201.进水口；3202.排水口；3203.虹吸口；33.空气接管；34.吸水接管；35.排水接管；36.排水阀门；37.吸铝管道；38.虹吸组件；39.水缸支架；40.连接头；41.引射器；42.空气阀门；43.空压机接管；44.消声器。

具体实施方式

如图1所述，本发明一种铝电解仿真实训操作系统包括有铝电解槽1、阳极更换装置和铝包出铝装置，铝电解槽1内设有阴极炭块2，阴极炭块2连接在铝电解槽1底部，铝电解槽1内设有铝电解槽槽帮6，铝电解槽槽帮6设在铝电解槽1底部两侧，铝电解槽1内设有阳极炭块3、阳极钢爪4、母线7和阳极导电杆15，阳极钢爪4连接在阳极炭块3顶端，阳极导电杆15连接在阳极钢爪4顶端，母线7连接在阳极导电杆15上，母线7上设有母线挂钩5，母线挂钩5上连接有小合卡9，阳极导电杆15连接在小合卡9和母线7之间，母线7上连接有母线连接带8，铝电解槽1上方设有固定框架，固定框架上连接有母线提升电机10，母线提升电机10与母线7连接，固定框架上还连接有打壳下料驱动气缸11和气动管路12，气动管路12一端与打壳下料驱动气缸11连通，气动管路12另一端连接空压机，打壳下料驱动气缸11下端连接有打壳下料机构14；阳极更换装置设在铝电解槽1上方，阳极更换装置包括有横向移动行车16、纵向移动行车17和行车轨道18，行车轨道18连接在教室前后横梁之间，纵向移动行车17活动连接在行车轨道18上，横向移动行车16活动连接在纵向移动行车17上；铝包出铝装置设在铝电解槽1侧方。

本发明采用金属材料支撑与实际铝电解生产结构相似的铝电解槽1，根据工业上广泛使用的预焙铝电解槽为基础，按工业现场的实际情况进行微缩、布局及设计的。可实现实训操作的阳极更换、可进行实训操作的抬母、槽内含视频播放的教学演示系统，可进行实训操作的出铝系统，含槽内工艺的槽下结构展示。一般每台电解槽长约4.6米，宽约2米，高度为1.5米左右，既可以详细展示各部分细节情况，也方便学生在槽旁实训操作。另外还可根据实际情况在教师内布置多排的铝电解槽1，如图9所示的，就是多个铝电解槽布置示意图。

铝电解槽1上方安置有多路气动驱动管路12，其最终连接到打壳下料驱动气缸11上。工业现场的实际电解槽上安置有更多的气动元件和阀门等，本模型中作了简化。打壳下料机构14的动作时间，由plc控制系统在固定的下料周期控制电磁阀完成该部分动作。

整个铝电解槽1完整展示了工业现场电解槽的主要部件，阴极炭块2为刚制的，阳极炭块3、阳极钢爪4和阳极导电杆15也均为钢制的。

如图2、图3、图4、图5所示，所述的阳极更换装置包括有阳极升降电机19、阳极升降导杆20、阳极夹持机构21、阳极升降套杆22，行车轨道18连接在教室前后横梁之间，纵向移动行车17活动连接在行车轨道18上，横向移动行车16活动连接在纵向移动行车17上，横向移动行车16下端连接有阳极升降套杆22，阳极升降套杆22内滑动连接有阳极升降导杆20，阳极升降导杆20顶端连接有齿条24，阳极升降套杆22外侧顶部连接有阳极升降电机19，阳极升降电机19输出轴穿过阳极升降套杆22外壁，阳极升降电机19输出轴上连接有齿轮23，齿轮23设在阳极升降套杆22内部，齿轮23与齿条24啮合，阳极夹持机构21连接在阳极升降导杆20底端，阳极夹持机构21底端连接在阳极导电杆15顶端。所述的阳极夹持机构21包括有夹持气缸2101和夹板2102，夹板2102设有两个，两个夹板2102分别连接在阳极升降导杆20左右两侧，两个夹板2102顶端均通过销轴转动连接在阳极升降导杆20侧面，两个夹板2102对称，气缸2101连接在两个夹板2102之间，气缸2101为薄型双头双杆双向气缸，气缸2101设有两个活塞杆，两个活塞杆分别设在气缸2101前后两端，气缸2101两个活塞杆上均连接有连接块2103，两个夹板2102上均设有缺槽21022，缺槽21022为腰槽，缺槽21022沿夹板2102长度方向设置，两个连接块2103分别通过销轴转动连接在连个夹板2102上，两个连接块2103分别转动连接在连个缺槽21022内，阳极导电杆15顶端夹持在两个夹板2102之间。所述的阳极导电杆15顶部设有夹持孔1501，夹持孔1501贯穿阳极导电杆15，两个夹板2102底部内侧均设有凸起点21021，两个凸起点21021分别连接在夹持孔1501两端；所述的阳极夹持机构21包括有u型限位板604，u型限位板604底板连接在阳极升降导杆20底部后侧，u型限位板604两侧板分别设置两个夹板2102外侧；所述的阳极夹持机构21包括有阳极杆限位板605，阳极杆限位板605连接在阳极升降导杆20底部前侧，阳极杆限位板605底端低于两个夹板2102底端，阳极杆限位板605连接在阳极导电杆15侧面。所述的阳极更换装置还包括有母线提升电机25、小合卡气缸26、小合卡伸缩杆27、电动扳手卡板29和支撑板30，小合卡气缸26底端和小合卡伸缩杆27顶端通过连接杆连接在横向移动行车16下方，小合卡伸缩杆27设在小合卡气缸26外侧，小合卡伸缩杆27底端连接有支撑板30，小合卡气缸26活塞杆顶端连接在支撑板30顶面上，母线提升电机25通过连接杆连接在横向移动行车16下方，母线提升电机25输出轴上连接有电动扳手传动轴28，电动扳手传动轴28包括有固定杆2801、滑动杆2803和电动扳手套筒2804，固定杆2801顶端与提升电机25连接，固定杆2801内设有滑动孔2802，滑动杆2803滑动连接在滑动孔2802内，滑动孔2802截面形状和滑动杆2803截面形状为多边形，电动扳手套筒2804连接在滑动杆2803下端，电动扳手套筒2804穿过支撑板30，电动扳手套筒2804与支撑板30之间连接有气缸，电动扳手卡板29连接在支撑板30底面上，电动扳手卡板29连接在电动扳手套筒2804侧方，电动扳手卡板29下端设有卡口，母线7连接在阳极导电杆15后侧，母线挂钩5设有两个，两个母线挂钩5分别连接在阳极导电杆15左右两侧，两个母线挂钩5伸出阳极导电杆15，小合卡16连接在两个母线挂钩5上，小合卡16用于连接母线7和阳极导电杆15，小合卡16包括有上臂、下臂、上撑块、下撑块、连接杆和螺杆，下臂的一端和上臂的一端通过连接杆连接，下臂和上臂均可绕连接杆转动，上臂的另一端连接有上撑块，下臂的另一端连接有下撑块，上撑块和下撑块通过螺杆连接，电动扳手套筒2804下端连接在螺杆上，电动扳手卡板29下端卡口连接在连接杆上。

考虑到大专院校教室空间情况，无法将工业现场的多功能天车直接放入整个空间内，所以利用横向移动行车16、纵向移动行车17和行车轨道18仿真模拟工业现场的多功能天车，阳极升降电机19控制阳极升降导杆20及阳极夹持机构21的升降，从而实现阳极的夹持与升降，从而仿真模拟阳极更换过程，阳极升降电机19转动带动齿轮23转动，齿轮23转动带动齿条24的上升或下降，从而实现了阳极夹持机构21和阳极导电杆15的上升或下降。

气缸2101为薄型双头双杆双向气缸，通过操作气缸2101使气缸2101的两个活塞杆同时伸出或收回，即可实现的开启或闭合，夹板2102下端夹持阳极导电杆15顶端使用阳极杆10的夹持，连接块2103的设置使气缸2101的活塞杆在伸出或收回使不会卡死，气缸2101的活塞杆伸出或收回时，连接块2103会相对于夹板2102产生转动，以适应气缸2101的活塞杆伸出或收回时气缸2101的活塞杆与夹板2102之间的角度变换。使用简单方便，结构设计合理，无需手动操作即可实现阳极导电杆15的夹持。

需要注意的是，气缸2101除了使用薄型双头双杆双向气缸外，为可以使用普通的单头单向薄型气缸，使用单头单向薄型气缸时，将气缸2101底部与气缸2101活塞杆分别与两个连接块2103连接即可，但是使用单头单向薄型气缸容易造成两个夹板2102其中还一个开启不顺畅，需要在装配时注意调试。

夹持孔1501与凸起点21021的设置使夹板2102夹持阳极导电杆15更加牢固可靠。

u型限位板2104对两个夹板2102开启进行限位，方便使用，提高设备使用稳定性。

阳极杆限位板2105对阳极导电杆15起到导向作用，使阳极导电杆15更加顺利的进入阳极夹持机构21的夹持区域。

本发明相较于现有技术申请号为：cn201620476760.4，名称为：铝电解仿真实训母线提升系统的实用新型专利，将母线提升电机25连接在小合卡气缸26上方，母线提升电机26不再跟随小合卡气缸26上升或下降，减轻了小合卡气缸26的负荷，提高设备用使用稳定性，滑动孔2802截面形状和滑动杆2803截面形状为多边形，如矩形，使电动扳手传动轴28的设置满足高度升降的要求又满足了转动要求。

如图6、图7所示，铝包出铝装置包括有铝包31、水缸32、吸铝管道37和虹吸组件38，铝包31包括有下壳3101、上壳3102和吸铝接管3103，下壳3101与上壳3102通过螺栓螺母连接在一起，吸铝接管3103连接在上壳3102侧面，吸铝管道37连接在铝包31外部，吸铝管道37连接在吸铝接管3103上，水缸32连接在铝包31内部，水缸32包括有进水口201和虹吸口203，进水口201连接在水缸32侧面，进水口201上连接有吸水接管34，吸水接管34与进水口201之间连接有快插接头，吸水接管34连接在吸铝接管3103与吸铝管道37内，虹吸组件38连接在上壳3102顶面上，虹吸组件38包括有引射器41、空气阀门42和空压机接管43，引射器41包括有高压流体入口、低压流体入口和流体出口，空气阀门42一端连接在引射器41高压流体入口上，空压机接管43连接在空气阀门42另一端，空压机接管43另一端连接有空压机，虹吸口203设在水缸32顶面上，虹吸口203上连接有空气接管33，空气接管33一端连接在虹吸口203上，空气接管33另一端连接在引射器41的低压流体入口上。所述的水缸32上设有排水口202，排水口202设在水缸32底面上，排水口202上连接有排水接管35，排水接管35与水缸32之间连接有快插接头，排水接管35穿过下壳3101，排水接管35另一端连接有排水阀门36。所述的下壳3101内设有水缸支架39，水缸32连接在水缸支架39上；所述的上壳3102顶面上连接有接连头40，所述的空气接管33连接在接连头40下端，所述的引射器41的低压流体入口连接在接连头40上端；所述的虹吸组件38包括有消声器44，消声器44连接在引射器41的流体出口上。所述的水缸32为透明玻璃制成，所述的下壳3101和上壳3102侧面为透明有机玻璃。

本装置与实际铝电解铝包在外观上基本一致，最大区别在于用清水代替高温铝液完成操作，主要利用引射器41从高压流体入口射入气体从流体出口排出气体过程中能够对低压流体入口形成抽空作用，从而使水缸32内部形成真空，从而使进水口3201通过吸水接管34将清水吸入水缸32，而吸铝管道37的设置仅为仿真铝包外观的作用，吸水接管34采用快插接头进行连接，装卸方便，无有害气体及粉尘污染，也不会产生强磁场和高温危险，体积上进行了比例缩小，内部结构进行了简化，危险性大大降低。通过排水接管35及排水阀门36进行排水，需要排水时无需再将水缸32取出，提高使用便利性。水缸支架39增加了水缸32的高度，既方便观察水缸32，又方便水缸32底面上集体零部件的设置。接连头40起到固定引射器41及联通引射器41与水缸32的作用。消声器44主要起消声作用。

本发明一种铝电解仿真实训操作系统的操作方法，包括有如下步骤：

s1.阳极导电杆15的更换：

s1-1.操作横向移动行车16和纵向移动行车17将阳极夹持机构21移动到需要更换的阳极导电杆15的正上方；

s1-2.操作夹持气缸2101使夹持气缸2101两活塞杆伸出，两个夹板2102打开；

s1-3.启动阳极升降电机19使阳极升降导杆20带动阳极夹持机构21下降，夹持机构21下降到阳极导电杆15上端时停止阳极升降电机19；

s1-4.启动夹持气缸2101使夹持气缸2101两活塞杆收回，两个夹板2102闭合，两个夹板2102上的凸起点21021连接到夹持孔1501中；

s1-5.启动小合卡气缸26使小合卡气缸26活塞杆伸出，使小合卡伸缩杆27伸长，支撑板30下降，电动扳手传动轴28伸长，电动扳手卡板29下端卡口连接在小合卡9连接杆上，电动扳手套筒2804下端连接在小合卡9的螺杆上；

s1-6.启动电动扳手电机25，使电动扳手传动轴28转动，电动扳手套筒2804带动小合卡9的螺杆转动，使小合卡9松开阳极导电杆15，停止电动扳手电机25转动；

s1-7.启动小合卡气缸26使小合卡气缸26活塞杆伸出收回，小合卡伸缩杆27收回，支撑板30升起；

s1-8.启动阳极升降电机19使阳极升降导杆520带动阳极夹持机构21升起，阳极夹持机构21夹持阳极导电杆15升起，阳极导电杆15下端完全拔出后停止阳极升降电机19；

s1-9.操作横向移动行车16和纵向移动行车17将阳极导电杆15移动到固定位置；

s1-10.启动阳极升降电机19使阳极升降导杆20带动阳极夹持机构21下降，阳极夹持机构21夹持阳极导电杆15下降，阳极导电杆15下降到位后，启动夹持气缸2101使夹持气缸2101两活塞杆伸出，两个夹板2102开启，两个夹板2102上的凸起点21021离开夹持孔1501，阳极导电杆15落下；

s1-11.启动阳极升降电机19使阳极升降导杆20带动阳极夹持机构21上升；

s1-12.操作横向移动行车6和纵向移动行车17将阳极夹持机构21移动到新的阳极导电杆15的正上方；

s1-13.启动阳极升降电机19使阳极升降导杆20带动阳极夹持机构21下降，夹持机构21下降到新的阳极导电杆15上端时停止阳极升降电机19；

s1-14.启动夹持气缸2101使夹持气缸2101两活塞杆收回，两个夹板2102闭合，两个夹板2102上的凸起点21021连接到新的阳极导电杆15的夹持孔1501中；

s1-15.启动阳极升降电机19使阳极升降导杆20带动阳极夹持机构21升起，阳极夹持机构21夹持新的阳极导电杆15升起；

s1-16.操作横向移动行车16和纵向移动行车17将新的阳极导电杆15移动到已取出的阳极导电杆15位置正上方；

s1-17.启动阳极升降电机19使阳极升降导杆20带动阳极夹持机构21下降，夹持机构21夹持阳极导电杆15下降，使用阳极导电杆15插入已取出的阳极导电杆15的位置；

s1-18.启动小合卡气缸26使小合卡气缸26活塞杆伸出，使小合卡伸缩杆27伸长，支撑板30下降，电动扳手传动轴28伸长，电动扳手卡板29下端卡口连接在小合卡9连接杆上，电动扳手套筒2804下端连接在小合卡9的螺杆上；

s1-19.启动电动扳手电机25，使电动扳手传动轴28转动，电动扳手套筒2804带动小合卡9的螺杆转动，使小合卡9锁紧阳极导电杆15，停止电动扳手电机25转动；

s1-20.启动小合卡气缸26使小合卡气缸26活塞杆伸出收回，小合卡伸缩杆27收回，支撑板30升起；

s1-21.启动夹持气缸2101使夹持气缸2101两活塞杆伸出，两个夹板2102开启，两个夹板2102上的凸起点21021离开夹持孔1501；

s1-22.启动阳极升降电机19使阳极升降导杆20带动阳极夹持机构21上升,完成阳极导电杆15的更换；

s2.铝包出铝装置模拟出铝操作：

s2-1.取清水一盆，代替铝液，将清水盆放入铝电解槽1内；

s2-2.将吸水接管34连接在清水中；

s2-3.开启空气阀门42；

s2-4.开启与空压机接管43连接的空压机；

s2-5.空压机工作，压缩空气从引射器41高压流体入口流入从流体出口流出，并对低压流体入口形成抽真空，从而使水缸32内部形成真空；

s2-6.水缸32内部形成真空,使吸水接管34将清水吸入水缸32，完成模拟出铝；

s2-7.模拟出铝完成后关闭空压机接管43，并关闭空气阀门42；

s2-8.水缸32内清水需要排放时，开启排水阀门36进行排水。

在进行步骤s1-4和步骤s1-14使用夹板2102夹持阳极导电杆15时，操作时可能存在由于阳极夹持机构21下降高度不准确凸起点21021无法准备连接在夹持孔1501中的情况，若遇到这种情况，可以根据夹板2102夹持阳极导电杆15的实际情况重新操作阳极升降电机19修正夹持机构21的高度，以便凸起点21021顺利连接在夹持孔1501中。

铝包出铝装置模拟出铝操作操作过程中无有害气体及粉尘污染，危险性大大降低，能够方便、直观地进行教学，显著提升学习效果，提高教学质量，将相关工艺独立出来有益于在教学过程中反复使用和学生技能训练操作，操作过程在常温下进行，而且操作失误不会造成原料浪费，更不会造成安全事故，使学生的训练操作成本大大降低，操作过程安全系数高。

本发明虽然不完全按工业现场设计，但考虑到教学需要，本发明也吻合实际工艺操作。