一种用于磨介运动观察与参数测量的球磨机实验装置

摘要

本发明提供的用于磨介运动观察与参数测量的球磨机实验装置至少包括驱动机构减速传动机构和滚筒机构，驱动机构为变频调速器控制的驱动电机，驱动电机经减速传动机构驱动负载的滚筒机构运动，传动机构中的传动轴上串联安装有转矩转速测量及显示装置，转矩转速测量及显示装置测量传动轴的扭矩转速和功率数据，并直接显示出数据读数，滚筒机构的筒体的一部分透明，以直接观察滚筒内部的磨介运动状态本发明能进行二维/三维球磨机磨介运动观察实验，观察滚动体的真实运动状态和规律；能直接测量出转矩和滚筒工作转速，计算出实际功率；还能在不同实验条件下进行实验本发明特别适用于球磨机的离散单元法仿真理论研究及工业磨机间接测量的实验验证。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于磨介运动观察与参数测量的球磨机实验装置，该装置特别适用于球磨机的离散单元法仿真和理论研究，以及对工业磨机间接测量的实验验证。

背景技术

球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。它广泛应用于建筑材料、耐火材料、电力、化肥、黑有色金属选矿等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。球磨机消耗我国总发电的8-10％电能，在矿山企业与水泥厂中球磨机的电耗占企业总电耗的55-70％。虽然近几年中国的球磨机制造业有了不小的发展和提高，但是其电能消耗还远远不能满足我国社会发展和经济建设的需要。进行球磨机的磨介运动观察与参数测量对于了解球磨机的工作特性、降低球磨机的能耗具有重要意义。但由于研磨介质在球磨机内的运动极其复杂，工况极其恶劣，对磨介的运动观察与参数测量难以实行。目前，实验室用球磨机的研究单位和制造企业主要的研究方向是球磨机的研磨功能(即制备粉体的功能)，却缺乏适用于球磨机的离散单元法(DEM)仿真和理论研究，以及对工业磨机间接测量的实验装置。

发明内容

本发明的目的在于为适应球磨机节能降耗的需求，提供一种用于磨介运动观察与参数测量的球磨机实验装置，该球磨机可以直观地观察磨介运动状态、摄录瞬态磨介运动图、测量磨机的转矩与转速等实验数据，方便实验测量和记录，因而特别适用于球磨机的离散单元法仿真和理论研究，以及对工业磨机的间接测量。

实现本发明目的所采用的技术方案如下：

一种用于磨介运动观察与参数测量的球磨机实验装置，至少包括驱动机构、减速传动机构和滚筒机构，其特征在于：驱动机构为变频调速器控制的驱动电机，驱动电机经减速传动机构驱动负载的滚筒机构运动，传动机构中的传动轴上串联安装有转矩转速测量及显示装置，转矩转速测量及显示装置测量传动轴的扭矩、转速和功率数据，并直接显示出数据读数，滚筒机构的筒体的一部分透明，滚筒内部的磨介运动状态和运动规律通过筒体的透明部分直接观察。

所述减速传动机构至少包括卧式剖分结构的减速机、传动轴、轴承、联轴器和连接键，传动轴由轴承支撑，传动轴通过联轴器与驱动电机连接，同时通过连接键连接滚筒机构。且轴承为跨置式角接触球轴承，以承受传动的轴向载荷。

所述滚筒机构包括轴套和筒体，筒体至少包括前面板、后面板、滚筒内衬环和滚筒外环，以及若干法兰，前面板、后面板和滚筒外环均安装于对应的法兰上，轴套通过连接键与传动轴连接。且前面板上设有滚动球体的出入口和透光孔。筒体内设有筒体内衬。

所述转矩转速测量及显示装置包括扭矩仪、扭矩传感器，及液晶显示器，用以测定轴上的各种扭矩、转速和功率，并从液晶显示器直接显示出读数。

由上述技术方案可知，本发明中驱动电机输出的转速和转矩，通过联轴器传递给减速机；减速机经过变速后，带动连接扭矩传感器运动，并传递转速和转矩到传动轴；传动轴通过轴承安装在剖分的轴承座上，传动轴与传感器连接，同时与滚筒机构的轴套通过键连接传递转速和转矩。滚筒机构包括轴套和筒体，由轴套通过键连接与传动轴实现连接传动；前面板开有透光孔，可以提供充足光源；后面板为透明状，便于观察滚筒内部的球体的运动状态和运动规律；前面板上设计有滚动球体的出入口，可以方便球体进出，从而方便改变滚筒的填充系数；可以改变滚筒的填充系数、内衬材料(即摩擦系数)、滚筒工作转速等实验参数，在不同实验条件下进行实验；并可以通过设置滚筒内环，以及更换后面板、滚筒内衬环的大小和位置，实现滚筒长度的调整，从而能变换模拟二维、三维球磨机的磨介运动实验。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：

(1)可以进行二维球磨机磨介运动观察实验，观察滚动体的真实运动状态和规律，通过相机记录脱离和瞬时运动状态；

(2)可以进行三维球磨机磨介运动观察实验，观察滚动体的真实运动状态和规律，通过相机记录脱离和瞬时运动状态；

(3)可以直接测量出转矩和滚筒工作转速，进而计算出实际功率；

(4)可以改变滚筒的填充系数、工作转速、内衬材料等，在不同实验条件下进行实验。

附图说明

图1是本发明提供的用于磨介运动观察与参数测量的球磨机实验装置的总体结构示意图；

图2是本发明提供的用于磨介运动观察与参数测量的球磨机实验装置的主要部件安装示意图；

图3是二维离散单元实验用球磨机滚筒机构示意图；

图4是图3的左视图；

图5是三维离散单元实验用球磨机滚筒机构示意图。

图中：1-驱动机构、2-减速传动机构、3-转矩转速测量及显示装置、4-滚筒机构、5高速摄像机、6、驱动电机、7-联轴器、8-减速机、9联轴器、10-扭矩传感器、11-联轴器、12-轴承座、13-筒体、14-轴套、15-轴挡板、16-前面板、17-前面板法兰、18-滚筒外环、19-滚筒外环前部法兰、20-短滚筒内衬环、21-后面板、22-滚筒内环、23-滚筒外环后部法兰、24-滚筒内环法兰、25-长滚筒内衬环、26-透光孔、27-滚动球体的出入口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1、图2所示，本发明提供的用于磨介运动观察与参数测量的球磨机实验装置主要包括驱动机构1、减速传动机构2、滚筒机构4和转矩转速测量及显示装置3。驱动机构1通过螺纹连接于机架或固定于基础物上，机架或基础物上设有轴承座12的安装位置。驱动机构1为变频调速器控制的驱动电机6，通过在一定范围内改变调速器的频率，可以实现转速在一定范围内连续变化和调节，且驱动机构外部设有驱动罩。驱动电机6经减速传动机构2驱动负载的滚筒机构4运动。减速传动机构2至少包括卧式剖分结构的减速机8、传动轴、轴承、联轴器和连接键，传动轴由轴承支撑，轴承为跨置式角接触球轴承，以承受传动的轴向载荷。转矩转速测量及显示装置3包括扭矩仪、扭矩传感器，及液晶显示器，用以测定轴上的各种扭矩、转速和功率，并从液晶显示器直接显示出读数，扭矩仪可采用NC型、JW型等扭矩仪，扭矩传感器可采用NJ型、JC型等多量程磁电式相位差型扭矩传感器。驱动电机6通过联轴器7与减速机8连接，减速机8又通过联轴器9与扭矩传感器10串联，再通过联轴器11与通过轴承安装在剖分的轴承座12上的传动轴联接，传动轴与滚筒机构4的轴套14通过键连接，以传递转速和转矩，使滚筒机构运动。

滚筒机构的主要工作部件包括轴套14和筒体13，筒体13至少包括前面板16、后面板21、滚筒内衬环20和滚筒外环18，以及若干法兰，前面板16、后面板21和滚筒外环18均安装于对应的法兰上。如图3和图4所示，二维和三维离散单元实验用滚筒机构都包括轴套14、轴挡板15、前面板16、前面板法兰17、滚筒外环18、滚筒外环前部法兰19、短滚筒内衬环20、后面板21和滚筒外环后部法兰23，轴套14和前面板16焊接，其余法兰与各个滚筒环焊接，驱动电机6输出一定的转矩和转速到达传动轴时，传动轴与轴套14的键连接传来力矩，进而带动筒体13整体运动，实现磨机研磨功能；后面板采用有机玻璃制造，透明材料可以用于观察和记录滚筒了球体的运动状态和运动规律，透明状的后面板外设有高速摄像机5，用以摄录瞬态磨介运动图。短滚筒内衬环20和长滚筒内衬环25可以更换不同内衬材料，从而改变筒壁的摩擦系数，得到不同摩擦系数条件条件下的不同实验数据。前面板16上设有比滚动球体略大的滚动球体出入口27，不使用时用螺钉封住，使用时只需拧下螺钉就可以方便的放入和取出滚动球体，方便改变滚筒的填充系数；前面板16上还开有均布于轴径的同心圆上的透光孔26，可以提供充足光源。进行二维离散单元实验时只需按图3安装部件14至24即可，此时滚筒机构的筒体内设有筒体内衬，后面板位于滚筒内衬环与筒体内衬之间；进行三维离散单元实验时，需要拆下后面板21、滚筒内环22和滚筒内环法兰24，更换上后面板21和长滚筒内衬环25，此时滚筒内衬环分为短滚筒内衬环20和长滚筒内衬环25，后面板21位于长滚筒内衬环25的末端，从而改变滚筒长度。进行二维离散单元实验时，所用滚动球体直径(实施例中具体为20mm)比滚筒内部空间轴向长度(实施例中具体可为22mm)略小，显然在滚筒的前后面板之间有足够的空间允许小球在不阻塞的情况下翻滚；同理，进行三维离散单元实验时，实施例中滚筒内部轴向空间长度具体为102mm，使得在放入五排滚动球体时也可以保证滚筒的前后面板之间有足够的空间允许小球在不阻塞的情况下翻滚。

本发明的用于磨介运动观察与参数测量的球磨机实验装置的工作原理如下：由变频调速器控制的电机输出一定的转速和转矩，通过减速机、轴、键、联轴器等传动机构驱动负载的滚筒装置运动；研究在不同滚筒填充系数、内衬材料、滚筒工作转速等各种实验条件下球体的运动规律和瞬态的运动状态(由透明筒体观察和应用外置摄像设备记录)；需要测量的转速转矩等数据由转矩和转速测量装置直接读出读数。