[發(fā)明專利]冶金或焦化物料性能測定實驗用負(fù)荷自動加載裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810817487.0
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN108693038B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 項恩廣;陸平;褚永俊
• 申請（專利權(quán)）人: 鞍山星源達(dá)科技有限公司
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務(wù)所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

1.冶金或焦化物料性能測定實驗用負(fù)荷自動加載裝置，設(shè)于實驗爐一側(cè)，所述實驗爐由爐體、爐膛管和加載桿組成，爐膛管的下部設(shè)承載盤用于承載試樣，加載桿的底部伸入爐膛管內(nèi)并連接壓力盤，用于對試樣施加壓力；其特征在于，所述負(fù)荷自動加載裝置包括力加載及測量機(jī)構(gòu)、立柱升降機(jī)構(gòu)及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；所述立柱升降機(jī)構(gòu)頂部設(shè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，并能夠帶動旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)升降；力加載及測量機(jī)構(gòu)由固定支座、壓力傳感器、加載頭和轉(zhuǎn)動軸組成，固定支座的一端與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定連接，并能夠在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動下在設(shè)定范圍內(nèi)水平轉(zhuǎn)動；固定支座的另一端設(shè)水平的轉(zhuǎn)動軸，加載頭的中部與轉(zhuǎn)動軸鉸接并能夠繞轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，加載頭的一端向固定支座外側(cè)伸出，且外伸端與加載桿連接，加載頭的另一端向固定支座上方延伸；壓力傳感器安裝在固定支座上，其底部一端通過傳感器固定座與固定支座連接固定，另一端與加載頭的對應(yīng)端固定連接；加載桿中心到轉(zhuǎn)動軸中心的距離L大于轉(zhuǎn)動軸中心到壓力傳感器與加載頭固定中心的距離L1，L?=?nL1，n≥2且為正整數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金或焦化物料性能測定實驗用負(fù)荷自動加載裝置，其特征在于，所述立柱升降機(jī)構(gòu)包括立柱及設(shè)于立柱中的力矩電機(jī)、絲桿、絲母、絲母防旋塊和升降臂；所述力矩電機(jī)通過力矩電機(jī)座固定在立柱底部，力矩電機(jī)輸出軸通過聯(lián)軸器、連接件與絲桿的底端連接，絲桿的底部通過絲桿軸承支撐固定在立柱中；絲桿的上部與絲母配合連接，絲母通過絲母防旋塊連接升降臂，力矩電機(jī)驅(qū)動絲桿旋轉(zhuǎn)并通過絲母帶動升降臂實現(xiàn)升降動作，升降臂與立柱之間設(shè)滑動軸承；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在升降臂上。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冶金或焦化物料性能測定實驗用負(fù)荷自動加載裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括變位電機(jī)、變位電機(jī)座、外旋臂、支撐軸承和支撐軸承座；所述變位電機(jī)固定在變位電機(jī)座的頂部，其軸線與立柱軸線重合，變位電機(jī)座的底板與升降臂頂部固定連接，變位電機(jī)座的底板上設(shè)支撐軸承座，變位電機(jī)的輸出軸通過支撐軸承座中的支撐軸承支撐；外旋臂套設(shè)在升降臂上部的外側(cè)，外旋臂的頂部與變位電機(jī)的輸出軸通過轉(zhuǎn)動連接件連接，在變位電機(jī)驅(qū)動下，外旋臂能夠繞變位電機(jī)軸線轉(zhuǎn)動；外旋臂與升降臂之間通過上部的旋臂上軸承和下部的旋臂下軸承支撐實現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動；力加載及測量機(jī)構(gòu)中的固定支座與外旋臂固定連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冶金或焦化物料性能測定實驗用負(fù)荷自動加載裝置，其特征在于，所述力矩電機(jī)為伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或直流電機(jī)中的一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的冶金或焦化物料性能測定實驗用負(fù)荷自動加載裝置，其特征在于，所述變位電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金或焦化物料性能測定實驗用負(fù)荷自動加載裝置，其特征在于，所述壓力傳感器為S型壓力傳感器或懸臂梁型壓力傳感器。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金或焦化物料性能測定實驗用負(fù)荷自動加載裝置，其特征在于，所述固定支座由水平座板及斜支撐構(gòu)成，水平座板和斜支撐分別與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的外旋臂固定連接組成三角形支撐結(jié)構(gòu)。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冶金或焦化物料性能測定實驗用負(fù)荷自動加載裝置，其特征在于，還包括底座，所述實驗爐和立柱的底部均固定在底座上，其中立柱通過立柱固定法蘭固定。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金或焦化物料性能測定實驗用負(fù)荷自動加載裝置，其特征在于，所述加載桿的頂部設(shè)承載臺，加載頭的對應(yīng)位置設(shè)弧形槽，弧形槽開口尺寸大于加載桿的直徑，弧形槽的直徑小于承載臺的直徑。

10.采用權(quán)利要求3所述裝置的冶金或焦化物料性能測定實驗用負(fù)荷自動加載方法，其特征在于，采用負(fù)荷自動加載裝置加載；具體包括如下步驟：

1）實驗開始時，將試樣加入到爐膛管的承載盤上，安裝加載桿；然后啟動力矩電機(jī)，立柱升降機(jī)構(gòu)帶動旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、力加載及測量機(jī)構(gòu)升降，將加載頭調(diào)整到加載桿的上方；然后啟動變位電機(jī)，使加載頭轉(zhuǎn)動后與加載桿配合連接；

2）重新啟動力矩電機(jī)，使加載頭帶動加載桿向下方移動，壓力盤接觸試樣后開始向試樣施加壓力；實際加載力為F時，試樣給加載桿的反向作用力F1，F(xiàn)=F1，該反向作用力F1通過加載桿傳遞到加載頭上，加載頭的一端受到向上的力F1后，繞轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，加載頭另一端對壓力傳感器施加向下的力F2，F(xiàn)2?=?L/L1·F?=?nF；

3）壓力傳感器的信號輸出端連接控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)將測得的壓力值F2經(jīng)修正計算后得到實際加載力F；在控制系統(tǒng)中編制PID控制算法，并設(shè)定目標(biāo)壓力值，當(dāng)試樣膨脹時，其所受的壓力值＞設(shè)定目標(biāo)壓力值時，力矩電機(jī)帶動加載頭向上移動，減小對試樣的加載力；當(dāng)試樣收縮，其所受壓力值＜設(shè)定目標(biāo)壓力值時，力矩電機(jī)帶動加載頭向下移動，增加對試樣的加載力；以上過程循環(huán)進(jìn)行，在此循環(huán)過程中，通過PID實時跟蹤控制，保證實際加載力達(dá)到設(shè)定目標(biāo)壓力值；

4）根據(jù)實驗過程中的溫度、時間或其他參數(shù)，由控制系統(tǒng)對設(shè)定目標(biāo)壓力值進(jìn)行實時修正。