[發明專利]用于預測高壓輥磨機壓輥壽命的活塞壓載系統及試驗方法

有效

• 申請號: 202210448087.3
• 申請日: 2022-04-27
• 公開（公告）號: CN114563174B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 李麗匣;李楠;劉哲;張強;張俊飛;張擎宇;盧冀偉;孟慶有
• 申請（專利權）人: 東北大學;遼寧五寰特種材料與智能裝備產業技術研究院有限公司
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

1.用于預測高壓輥磨機壓輥壽命的活塞壓載系統，其特征在于，包括：活塞壓力機及活塞模具；所述活塞壓力機包括：機架（12）、液壓活塞（13）及計算機控制系統（14）；所述活塞模具包括：活塞壓頭（2）、上柱釘（3）、底座（7）、下柱釘（6）、腔體（4）、第一定位塊（9）、第二定位塊（10）、搬手（5）、上壓板（1）、下壓板（8）以及螺孔（11）；

所述第一定位塊（9）與活塞壓頭（2）固定連接，所述活塞壓頭（2）內部嵌有多個圓柱形的上柱釘（3）；所述上柱釘（3）凸出所述活塞壓頭（2）的底面3mm；所述底座（7）內部同時也鑲嵌有多個圓柱形的下柱釘（6）；所述底座（7）的上部還有一凸起；所述下柱釘（6）凸出所述底座（7）上的凸起3mm；且所述上柱釘（3）與所述下柱釘（6）為等高的柱釘；

所述活塞壓頭（2）與所述上壓板（1）通過所述第一定位塊（9）定位并通過螺孔（11）使用螺栓進行固定；所述上壓板（1）與機架（12）固定連接；

所述腔體（4）內部為貫通的并與所述底座（7）上的凸起拼接；所述凸起為圓柱形，所述凸起的直徑略小于所述腔體（4）的內徑，使所述腔體（4）與所述底座（7）緊密連接；

壓載物料裝在所述腔體（4）與所述底座（7）拼接形成的腔室中；所述下壓板（8）的頂部還設置有凹槽，用于固定所述第二定位塊（10）實現定位拼接；所述腔體（4）的外側還設置有所述搬手（5）；所述第二定位塊（10）設置在所述底座（7）底部的中心處與所述底座（7）固定連接；

所述下壓板（8）與液壓活塞（13）固定連接；所述液壓活塞（13）外接所述計算機控制系統（14）；

所述計算機控制系統（14）包括：位移傳感器及應力加載器，通過所述計算機控制系統（14）獲取試驗過程中的位移及應力數據；所述位移傳感器及所述應力加載器分別安裝在活塞壓力機液壓活塞（13）上采集數據并分別通過信號線將位移、應力變化傳遞給計算機，通過計算機實時記錄位移及壓應力數據。

2.根據權利要求1所述的用于預測高壓輥磨機壓輥壽命的活塞壓載系統，其特征在于：所述上柱釘（3）及所述下柱釘（6）交錯設置。

3.根據權利要求1所述的用于預測高壓輥磨機壓輥壽命的活塞壓載系統，其特征在于：所述腔體（4）通過螺紋與所述搬手（5）連接。

4.用于預測高壓輥磨機壓輥壽命的活塞壓載的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：將活塞模具安裝到活塞壓力機中；活塞壓頭與上壓板通過第一定位塊定位并通過螺孔使用螺栓進行固定，活塞模具上壓板與活塞壓力機機架固定連接；腔體與底座相互拼接形成腔室，且底座與下壓板通過第二定位塊定位相互拼接，下壓板與活塞壓力機液壓活塞固定連接，液壓活塞外接計算機控制系統；

步驟S2：制備活塞壓載試驗的試驗物料并獲取所述活塞壓載試驗的試驗物料的相關信息，并根據公式獲取一定量的試驗物料，并將所述試驗物料均勻的放入所述腔室中并保持所述試驗物料的表面平整；其中，表示所述試驗物料的礦石堆密度；表示初始床層厚度；表示腔體底面積；

步驟S3：通過計算機控制系統設定活塞壓載試驗加載壓力及加壓速度條件；

步驟S4：通過計算機控制系統運行活塞壓載試驗直至達到設定壓力，液壓活塞運行停止，試驗終止，以獲取力—位移曲線；

步驟S5：對計算機控制系統所記錄的力—位移曲線進行擬合，擬合方程為：；其中，均表示系數；并根據擬合方程進行數值積分獲得試驗所需能耗，通過公式 ，M表示試驗物料質量，單位g，i表示試驗次數，計算得出該條件下活塞壓載試驗比能耗，單位kWh/t；

步驟S6：在不同加載壓力N條件下分別重復步驟S1—S5，計算活塞加載壓力與對應加載壓力下活塞壓載試驗比能耗的擬合方程；其中，擬合方程為：，其中，為比能耗，單位kWh/t，N為加載壓力，單位MPa；k、b均表示系數根據比能耗確定；

步驟S7：取同種礦石制備高壓輥磨機試驗的試驗物料并獲取所述高壓輥磨機試驗的試驗物料的相關信息；取質量為z的待測礦石物料在指定輥速v條件下取不同比壓力P分別進行高壓輥磨試驗；并記錄試驗過程中物料所消耗的能量w_i，通過公式：；

計算高壓輥磨機試驗比能耗，并擬合得出高壓輥磨機試驗比壓力—比能耗數值模型；

步驟S8：根據步驟S6及S7獲得相同比能耗下高壓輥磨機比壓力—活塞壓力擬合關系；

步驟S9：獲取高壓輥磨機比壓力P與壓輥磨損系數函數關系；

步驟S10：稱取質量為M的活塞壓載試驗的試驗物料均勻倒入由活塞模具腔體及底座拼接形成的腔室中并使其表面平整，通過計算機控制系統，設定加載壓力為N，N取0—250MPa，設定加壓速度為V，V取0—300kN/S，進行閉路活塞壓載試驗；

步驟S11：對壓載后的物料采用小目徑的篩子進行粒度篩析，篩下物料稱重，質量為m_n，取相同質量m_n的原礦混入篩上物料，作為新一次活塞壓載試驗給料，即保持每次活塞壓載試驗給料質量不變，使用活塞壓力機重新進行閉路活塞壓載試驗；

步驟S12：重復步驟S11，直至連續三次活塞壓載試驗所得篩下物料質量趨于穩定，試驗次數為n，n=1、2、3、4…，測量此時活塞模具上柱釘高度x₁；

步驟S13：在試驗周期t條件下，繼續重復步驟S11，試驗完成后測量活塞模具上柱釘高度x₂，由公式計算活塞模具磨損系數，其中，△x=x₁-x₂為活塞模具上柱釘磨損高度；

步驟S14：在不同加載壓力N條件下分別重復步驟S10—步驟S13，獲取不同加載壓力條件下活塞壓力與活塞模具磨損系數的關系；

步驟S15：根據步驟S8中高壓輥磨機比壓力—活塞壓力擬合關系及步驟S9高壓輥磨機比壓力與壓輥磨損系數 關系，獲得相同壓力條件下重型裝備高壓輥磨機壓輥磨損系數及活塞模具磨損系數 函數關系。