CN102928011B - 透明螺旋加料试验装置及不连续定量加料试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种透明螺旋加料试验装置及不连续定量加料试验方法，属于粉粒物料定量技术领域，本发明螺旋传动轴通过左端盖和套筒b支撑；在螺旋轴后端输送管上方开有进料口，在螺旋传动轴前端输送管下方开有出料口；输送管由透明材料制成；螺旋传动轴在出料口端伸出输送管，与步进电机输出轴相连，步进电机与套筒b相连，通过步进电机驱动，实现对螺旋传动轴转速的调整和转角的控制。本发明用于对粉粒物料螺旋不连续定量加料中物料流动过程观察和性能试验，通过试验分析能够寻找到合适的螺旋加料装置结构参数和运行参数，确定螺旋转角转速与加料量间的关系，为研制实现快速准确地定量的螺旋加料装置提供理论依据。

Description

透明螺旋加料试验装置及不连续定量加料试验方法

技术领域

本发明涉及一种透明螺旋加料试验装置及不连续定量加料试验方法，属于粉粒物料定量技术领域，用于对粉粒物料螺旋不连续定量加料过程观测、性能试验和分析。

背景技术

螺旋输送机俗称绞龙, 适用于颗粒或粉粒物料的连续输送,以其结构简单、工作可靠、造价低廉, 对环境污染小等特点,在工农业生产中得到广泛应用。目前的螺旋输送机连续加料时螺旋输送速度稳定，能保证流量相对较稳定；然而，采用螺旋输送机进行不连续定量加料时，加料工作粗放，粉粒物料在螺旋输送时，一方面随着螺杆转动，做旋转运动，且旋转运动程度高；另一方面随着螺旋叶片的移动，做平移运动。因此粉粒物料颗粒空间运动及其特性非常复杂，同时影响送料速度和稳定性的因素很多，以至于它很难实现稳定高效定量加料，难于满足不连续定量的要求。

目前国内外对螺旋不连续定量加料研究，主要是通过螺旋加料器结构创新设计来提高输送的稳定性,或者通过螺旋转动启停控制实现定量加料。如：2005年王顺森等在西安交通大学学报中提出，在一根轴上安装两个旋向相反且相位可调的螺杆，实现螺旋输送流量稳定；2009年袁秋新在申请专利振动式螺旋送料机（专利申请号200910020078.9）中设计了一种振动式螺旋送料机，用于特定物料的输送，其缺点是耗能大，设备磨损严重、易损坏；2010年朱登杰在轻工机械杂志中提出，采用大、小两个螺旋给料器，通过对大、小螺旋给料器的启停控制实现定量加料。同时项目组在2010年申请了专利“一种螺旋定量加料装置及稳定加料方法”（专利申请号201010522365.2），提出通过设置进料自动调节装置以提高加料的稳定性，通过控制电机转速和转角实现定量加料；在2011年申请了专利“基于智能Agent螺旋不连续定量加料方法及系统”(专利申请号201110402790.2)，提出通过采集温度、湿度、转速和转角等螺旋加料状态和参数，依据Agent智能控制原理，实现智能定量加料。以上两专利中，取消了传统定量方法中计量和投料环节，提高了定量快速性，简化了定量装置的结构，但是对螺旋输送加料装置工作稳定性提出了很高的要求。

在螺旋不连续加料时，粉粒物料颗粒旋转运动程度是影响粉粒物料不连续定量加料稳定性的主要因素。粉粒物料旋转运动程度与物料特性、环境条件、结构参数和运行参数均有关。为了能够观察粉粒物料旋转运动程度，分析确定不同粉粒物料、环境条件、结构参数和运行参数对螺旋不连续定量加料快速性和稳定性影响关系，研发出特定粉粒物料合适的螺旋不连续定量加料器，需要提供一种便于观察的螺旋加料试验装置和便于试验研究和分析的不连续定量加料试验方法。目前真正实现不连续定量加料的螺旋加料装置或者试验装置几乎没有，其不连续定量加料试验方法更未见报道，现有用于物料连续输送的螺旋加料装置，结构参数和运行参数往往固定，不能灵活调整，无法对不同物料进行不连续定量加料性能试验和分析。

发明内容

本发明针对目前粉粒物料不连续定量加料试验装置及其试验方法缺乏，提供一种透明螺旋加料试验装置及不连续定量加料试验方法，用于对粉粒物料螺旋不连续定量加料中物料流动过程观察和性能试验，通过试验分析能够寻找到合适的螺旋加料装置结构参数和运行参数，确定螺旋转角转速与加料量间的关系，为研制实现快速准确地定量的螺旋加料装置提供理论依据。

本发明所述的一种透明螺旋加料试验装置，由机械部分、微机测试系统两部分组成。其中，机械部分主要包括：料仓、螺旋传动轴、输送管、左端盖、支撑底座、套筒b、步进电机等部件，其特征是：带叶片的螺旋传动轴可以更换，并配有一组具有不同螺旋头数和螺旋升角或螺距的传动轴；螺旋传动轴通过左端盖和套筒支撑；在螺旋传动轴后端输送管上方开有进料口，并通过连接器与料仓连接，在螺旋传动轴前端输送管下方开有出料口；输送管和左端盖由透明材料制成，用于观察输送过程中物料颗粒运动情况，并通过支撑环和支撑底座支撑；螺旋传动轴在出料口端伸出输送管，与步进电机输出轴相连，步进电机与套筒相连，通过步进电机驱动，实现对螺旋传动轴转速的调整和转角的控制。

本发明所述的一种透明螺旋加料试验装置，其微机测试系统硬件包括微机、可编程自动控制器PAC、称重传感器及其检测电路和步进电机电源驱动器及其接口电路等四部分组成，微机测试系统软件是基于LabVIEW虚拟仪器设计的螺旋加料试验程序。其特征是：微机与可编程自动控制器PAC通过USB接口连接，可编程自动控制器PAC包括数字量和模拟量输入输出通道，通过模拟量输入端与和称重传感器及其检测电路连接，通过数字量输出端与步进电机电源驱动器及其接口电路连接；螺旋加料试验程序包括对加料量称重检测的数据采集处理程序、驱动螺旋传动轴以一定转速转动一定角度的步进电机驱动控制程序、图形化界面程序、转角转速及加料量等加料参数与加料结果显示程序、加料试验数据分析程序等。

本发明所述的一种不连续定量加料试验方法，采用的技术方案是：在机械部分通过设置透明的输送管和透明的左端盖，通过改变螺旋结构与物料接触的表面材料，实现对不连续定量加料过程中物料颗粒运动过程的观察，并分析加料过程颗粒运动特征、颗粒与螺旋表面接触摩擦特性对稳定有序送料影响；以出料口处粉粒物料流动流量变化率作为性能参数，通过更换不同螺旋传动轴，改变螺旋结构参数（螺旋头数、螺旋升角或螺距等），试验研究特定物料其流量较稳定的螺旋头数、螺旋升角或螺距；以出料口处粉粒物料流动流量变化率和加料量作为性能参数，通过调节步进电机转速和旋转角度，使螺旋叶片以不同的转速转动，试验研究特定物料其加料流量较稳定的螺旋转速；在以上试验基础上，分析计算，确定在不同转角位置处，实现一定加料量下的转角。

本发明所述的一种不连续定量加料试验方法，包括物料颗粒运动过程的观察分析试验、特定物料加料流量稳定性试验和不连续定量加料试验，具体试验内容过程为：

1、物料颗粒运动过程的观察分析试验

试验对象为白色洗衣粉，示踪颗粒为黄色小米，试验分以下四步：

（1）第一步，在料仓内填充物料，首先加一半洗衣粉，然后加一层5毫米厚的示踪颗粒小米，然后再用洗衣粉加满整个料仓；

（2）第二步，采用普通光滑的螺旋叶片、螺旋传动轴和输送管，以每分钟60转左右转速进行螺旋加料试验，观察示踪颗粒小米在输送管内沿螺杆作直线运动和随螺杆一起旋转运动程度，以时间或者路程表示；

（3）第三步，在料仓内填满与第一步同样的物料，设螺旋传动轴周长在48毫米以上，在螺旋传动轴上沿轴向均布贴宽度3毫米的光滑胶带条4条，设输送管内壁周长在64毫米以上，在输送管内壁上沿轴向均布贴宽度5毫米的光滑胶带条4条；通常在螺旋传动轴上沿轴向均布贴宽度2—5毫米的光滑胶带条3—6条，在输送管内壁上沿轴向均布贴宽度4—8毫米的光滑胶带条3—6条，增加物料周向摩擦阻力；以同样转速进行螺旋加料试验，观察示踪颗粒小米在输送管内沿螺杆作直线运动和随螺杆一起旋转运动程度，以时间或者路程表示；

（4）第四步，在料仓内填满与第一步同样的物料，在螺旋传动轴上沿轴向均布贴宽度3毫米的光滑胶带条8条，在输送管内壁上沿轴向均布贴宽度5毫米的光滑胶带条8条，进一步增加物料周向摩擦阻力，以同样转速进行螺旋加料试验，观察示踪颗粒小米在输送管内螺旋叶片移动作直线运动和随螺杆一起旋转运动程度，以时间或者路程表示。

通过以上试验，分析确定加料过程颗粒运动特征、颗粒与螺旋表面接触摩擦特性对稳定有序送料影响关系，建立颗粒稳定有序送料的规律。

2、特定物料加料流量稳定性试验

在以上物料颗粒运动过程的观察分析试验基础上，试验对象仍然为白色洗衣粉，试验螺旋轴的螺旋叶片2~4头共3种，螺旋轴的螺旋升角有3种(在15°~25°内)，进行加料流量稳定性试验。试验分以下三步：

（1）第一步，装配并调整好试验装置后，在料仓和输送管内填满物料情况下，对微机测控系统进行称重设定，控制步进电机以每分钟60转左右转速进行螺旋加料一圈（螺旋轴转动360°），分别进行3种螺旋叶片加料试验，分别记录同一种头数的螺旋叶片加料30次的加料量，观察分析加料量的变化规律，分别对三组加料量数据求方差和标准差，并以方差和标准差最小来确定特定物料加料流量较稳定的螺旋头数；

（2）第二步，对第一步确定的螺旋头数，装配并调整好试验装置后，在料仓和输送管内填满物料情况下，对微机测控系统进行称重设定，控制步进电机以每分钟60转左右转速进行螺旋加料一圈（螺旋轴转动360°），分别进行3种螺旋升角加料试验，分别记录同一种螺旋升角的螺旋叶片加料30次的加料量，观察分析加料量的变化规律，分别对三组加料量数据求方差和标准差，并以方差和标准差最小确定特定物料加料流量较稳定的螺旋螺距或螺旋升角；

（3）第三步，装配并调整好以上试验所得的螺旋传动轴的试验装置后，在料仓和输送管内填满物料情况下，对微机测控系统进行称重设定，控制步进电机运转速度，分别试验3种螺旋转速（每分钟60转到180转）下完成一次螺旋连续加料一圈（螺旋轴转动360°）试验，分别记录同一种转速下加料30次的加料量，观察分析加料量的变化规律，分别对三组加料量数据求方差和标准差，并以方差和标准差最小确定特定物料加料流量较稳定的螺旋转速。

通过以上三步试验，对加料量变化对比分析，确定特定物料加料流量较稳定最适合的结构参数（螺旋头数、螺旋升角或螺距）和运行参数(螺旋转速)。

3、特定物料螺旋不连续定量加料试验

在以上加料流量稳定性试验基础上，试验对象仍然为白色洗衣粉，对以上确定的结构参数（螺旋头数、螺旋升角或螺距）和运行参数（螺旋转速）进行特定物料螺旋不连续定量加料试验。试验分以下三步：

（1）第一步，装配并调整好试验装置后，在料仓和输送管内填满物料情况下，对微机测控系统进行称重设定，并控制步进电机转速，从一初始位置开始（设角度为0°），每次控制螺旋传动轴转动一定角度（如转动10°），称量加料量，如此循环，螺旋传动轴旋转一周，记录得到36个加料量；

（2）第二步，对以上试验循环进行十次，记录得到10组36个加料量；

（3）对10组36个加料量进行数据处理分析：首先分别计算每个角度位置平均加料量，得到36个加料量均值；然后，通过回归分析方法，分析确定36个平均加料量与螺旋传动轴相对初始位置的角度之间关系，依据此建立预计加料量与位置角度和转动角度之间关系；最后，通过对36个加料量分别进行方差和标准差计算，并采用36个加料量的标准差最大值3倍，作为预计加料量的偏差估计值，计算得到预计加料量在一定位置下的旋转角度，及其相对误差估计值。

通过以上内容试验，确定了在一定加料量下的螺旋转角，以及预计加料量相对误差。

本发明所述的一种透明螺旋加料试验装置及不连续定量加料试验方法，与现有技术比较，装置结构简单，可以对不同粉粒物料，在不同生产环境条件和结构材料下，进行物料加料过程的观察试验、加料的结构参数和运行参数试验和不连续定量加料试验，研究确定螺旋转角与加料量之间的关系，从而为研发螺旋不连续定量加料装置，提高不连续定量加料的效率和稳定性提供理论依据。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明试验装置的机械结构主视图。

图2是本发明试验装置的机械结构俯视图。

图3是本发明试验装置的进料口部分示意图。

图4是本发明试验装置的微机测控系统组成结构示意图。

图5是本发明不连续定量加料试验方法试验流程。

图6是本发明物料颗粒运动过程的观察分析试验流程图。

图7是本发明加料流量稳定性试验流程图。

图8是本发明螺旋不连续定量加料试验工作程序图。

图中：支撑环a1、套筒a2、左端盖3、支撑底座4、螺旋传动轴5、轴a6、轴承a7、连接器8、料仓9、连接环10、输送管11、轴b12、进料口13、支撑环b14、右端盖15、套筒b16、端盖17、轴承b18、轴套19、小圆螺母20、连接套21、步进电机22、称重传感器23、控制器24、出料口25。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明所述的一种透明螺旋加料试验装置，机械部分包括：支撑环a1、套筒a2、左端盖3、支撑底座4、螺旋传动轴5、轴a6、轴承a7、连接器8、料仓9、连接环10、输送管11、轴b12、进料口13、支撑环b14、右端盖15、套筒b16、端盖17、轴承b18、轴套19、小圆螺母20、连接套21、步进电机22、称重传感器23、控制器24、出料口25等。

本发明所述的一种透明螺旋加料试验装置，其机械部分特征是：螺旋传动轴5可以更换，并配有一组具有不同螺旋头数和升角或螺距的传动轴；螺旋传动轴5通过左端盖3和套筒b16支撑，左端盖3由透明材料制成，用于观察输送过程中物料颗粒运动情况；在螺旋轴5左端的输送管11上方开有进料口13，并通过套筒a2、连接器8与料仓9连接，在螺旋传动轴5右端的输送管11下方开有出料口25；输送管11由透明材料制成，用于观察输送过程中物料颗粒轴向运动情况，并通过支撑环a1和支撑环b14支撑；左端盖3通过支撑环a1和支撑底座4支撑；螺旋传动轴5在出料口端伸出输送管11，与步进电机22输出轴相连，步进电机22与套筒b16相连，通过步进电机22驱动，实现对螺旋传动轴转速的调整和转角的控制。

本发明所述的一种透明螺旋加料试验装置，其机械部分各部件连接关系是：支撑环a1和支撑环b14分别通过螺栓连接固定于支撑底座4左右安装位置上；将套筒2从左边插入支撑环a1中，并使套筒a2开口向上放置，用于料仓中物料的流入输送管11，将输送管11与套筒a2通过连接环10连接，输送管11左端由支撑环a1支撑，并由左端盖3轴向固定；输送管11右端由支撑环b14支撑，并由右端盖15轴向固定；右端盖15的外侧连接套筒b16的左端，套筒b16用于安置步进电机22和支撑螺旋传动轴5；螺旋传动轴5的左端与轴a6通过螺栓连接，并由安装于左端盖3上的一对轴承a7支撑定位，螺旋传动轴5的右端与轴b12通过花键连接，并由安装于套筒b16中的2个轴承b18支撑；2个轴承b18分别由端盖17、轴套19、小圆螺母20轴向定位；端盖17设于2个轴承b18的左侧，轴套19设于2个轴承b18之间，小圆螺母20设于2个轴承b18的右侧；轴12右边通过连接套21与步进电机22连接，步进电机22安装在支撑套筒16的右端；步进电机22控制螺旋传动轴5转速和转角；出料口25下面安装有称重传感器23，称重传感器23用于测试加料量；控制器24分别与步进电机22和称重传感器23通过线缆连接。

如图3所示，支撑环aa1.1和支撑环ab1.2上下面对齐并由螺栓固定于支撑底座4上面，在支撑环a1中插入套筒a2，由左端盖3将其固定于支撑环a1上；在装套筒a2右边，由螺栓连接将连接器8固定于其上，再通过螺旋连接将料仓9固定于连接器8上面；在套筒a2右端面，由连接环10将其与输送管11连接。

图4所示，本发明所述的一种透明螺旋加料试验装置，其微机测控系统硬件（控制器24）包括微机、可编程自动控制器PAC、称重传感器及其检测电路和步进电机电源驱动器及其接口电路等四部分组成。其特征是：微机与可编程自动控制器PAC通过USB接口连接，可编程自动控制器PAC包括数字量和模拟量输入输出通道，通过模拟量输入端与和称重传感器及其检测电路连接，通过数字量输出端与步进电机电源驱动器及其接口电路连接；称重传感器检测电路包括称重传感器电源、称重信号调理电路、称重信号采集电路、模数转换电路等；步进电机电源驱动器接口电路包括控制信号电平转换电路、驱动放大电路、步进电机可控硅控制电路和步进电机工作电源等。

本发明所述的一种透明螺旋加料试验装置，其微机测控系统软件是基于LabVIEW虚拟仪器设计的螺旋加料试验程序，其主要包括对加料量称重检测的数据采集处理程序、驱动螺旋传动轴以一定转速转动一定角度的步进电机驱动控制程序、图形化界面程序、转角转速及加料量等加料参数与加料结果显示程序、加料试验数据分析程序等。

本发明所述的一种透明螺旋加料试验装置，其螺旋加料试验的信号传递过程是：主机信号通过USB接口向PAC发出控制指令，接受PAC数据；PAC通过输出接口输出，依次通过电平转换电路、驱动放大电路、可控硅控制电路来控制步进电机运行；当步进电机工作后，物料从下料口流出，称重传感器将感应到的信号，依次通过信号调理电路、信号采集电路、模数转换电路，最后通过输入接口输入到PAC，PAC通过USB接口输送到主机，在主机中对信号进行处理。

本发明所述的一种不连续定量加料试验方法，其技术方案特征是：机械部分通过设置透明的输送管11和透明的左端盖3，通过改变螺旋结构与物料接触的表面材料，实现对不连续定量加料过程中物料颗粒运动过程的观察，并分析加料过程颗粒运动特征、颗粒与螺旋表面接触摩擦特性对稳定有序送料影响；以出料口处粉粒物料流动流量变化率作为性能参数，通过更换不同螺旋传动轴，改变螺旋结构参数（螺旋头数、升角或螺距等），试验研究特定物料其流量较稳定的螺旋头数、升角或螺距；以出料口处粉粒物料流动流量变化率和加料量作为性能参数，通过调节步进电机转速和旋转角度，使螺旋叶片以不同的转速转动，试验研究特定物料其加料流量较稳定的螺旋转速；在以上试验基础上，分析计算，确定在不同转角位置处，实现一定加料量下的转角。

如图5所示，本发明所述的一种不连续定量加料试验方法，包括物料颗粒运动过程的观察分析试验、特定物料加料流量稳定性试验和不连续定量加料试验，试验流程特征是：首先通过颗粒运动过程的观察分析试验，分析确定加料过程颗粒运动特征、颗粒与螺旋表面接触摩擦特性对稳定有序送料的影响；然后通过特定物料加料流量稳定性试验，分别确定适合特定物料的结构参数（先确定合适的螺旋头数，再确定合适的螺旋升角），及其运行参数（螺旋转速）；最后在合适的运行参数和结构参数的情况下进行不连续定量加料试验，确定螺旋转角与下料量的关系。

如图6所示，物料颗粒运动过程的观察分析试验，主要通过透明的左端盖和透明的输送管，观察示踪颗粒在不同输送管（摩擦系数不同）下，随叶片作直线运动和随螺杆一起旋转运动的程度，以时间或者路程表示，试验对象为白色洗衣粉，示踪颗粒为黄色小米，试验具体分以下八步：

第一步，装配并调整好试验装置（其中，第一次试验采用普通光滑的螺旋叶片、螺旋传动轴和输送管）；

第二步，在料仓内填充物料，首先加一半洗衣粉，然后加一层5毫米厚的示踪颗粒小米，然后再用洗衣粉加满整个料仓；

第三步，以每分钟60转左右转速进行螺旋加料试验，观察示踪颗粒小米在输送管内沿螺杆作直线运动和随螺杆一起旋转运动程度；

第四步，在螺旋传动轴上沿轴向均布贴宽度3毫米的光滑胶带条4条（设螺旋传动轴周长在48毫米以上），在输送管内壁上沿轴向均布贴宽度5毫米的光滑胶带条4条（设输送管内壁周长在64毫米以上），以便增加物料周向摩擦阻力，重复试验第一到三步，观察示踪颗粒小米在输送管内随叶片移动作直线运动和随螺杆一起旋转运动程度；

第五步，在螺旋传动轴上沿轴向均布贴宽度3毫米的光滑胶带条8条，在输送管内壁上沿轴向均布贴宽度5毫米的光滑胶带条8条，以便进一步增加物料周向摩擦阻力，重复试验第一到三步，观察示踪颗粒小米在输送管内随叶片移动作直线运动和随螺杆一起旋转运动程度；

第六步，分析对比以上三种情况下示踪颗粒小米在输送管内直线运动和旋转运动程度，确定加料过程颗粒运动特征、颗粒与螺旋表面接触摩擦特性对稳定有序送料影响关系，确定颗粒稳定有序送料的规律。

如图7所示，试验对象仍然为白色洗衣粉，对带螺旋叶片的螺旋传动轴（螺旋叶片2~4头有3种，螺旋升角15°、20°和25°有3种），螺旋转速（每分钟60转、120转和180转有3种），分别进行特定物料加料流量稳定性试验，包括确定螺旋头数试验、确定螺旋升角试验和确定螺旋转速试验三方面，具体内容是：

（1）确定螺旋头数试验，具体分以下六步：

第一步，装配并调整好试验装置；

第二步，测试系统初始化，并向料仓中填满物料，控制步进电机以每分钟60转左右转速进行螺旋加料，直至输送管内填满物料后停止运行；

第三步，对微机测控系统进行称重设定，对称重台架去皮标定，设定称重采样次数、采样速率等测试参数，使得微机测试系统进入测试工作状态，等待物料流入称盘；

第四步，控制步进电机以每分钟60转左右转速进行螺旋加料一圈（螺旋轴转动360°），记录加料量，保存测试结果数据；

第五步，更换不同螺旋头数的叶片，重复第一步到第四步，分别进行3种螺旋叶片头数（2~4头）的加料试验；

第六步，对比分析三种情况下加料量的变化规律，确定特定物料加料流量较稳定的螺旋头数。

（2）确定螺旋升角试验。在以上试验所得螺旋头数的螺旋传动轴作为试验的螺旋传动轴，进行3种螺旋升角的加料试验，具体分以下六步：

第一步，装配并调整好试验装置；

第二步，测试系统初始化，向料仓中填满物料，控制步进电机以每分钟60转左右转速进行螺旋加料，直至输送管内填满物料后停止运行；

第三步，对微机测控系统进行称重设定，对称重台架去皮标定，设定称重采样次数、采样速率等测试参数，使得微机测试系统进入测试工作状态，等待物料流入称盘；

第四步，控制步进电机以每分钟60转左右转速进行螺旋加料一圈（螺旋轴转动360°），记录加料量，保存测试结果数据；

第五步，更换不同螺旋升角的螺旋传动轴，重复第一步到第四步，分别进行3种螺旋升角 (15°、20°和25°)的加料试验；

第六步，对比分析三种情况下加料量的变化规律，确定特定物料加料流量较稳定的螺旋升角。

（3）确定螺旋转速试验。在以上试验所得螺旋头数和螺旋升角的螺旋传动轴作为试验螺旋传动轴，进行3种螺旋转速的加料试验，具体分以下六步：

第一步，装配并调整好试验装置；

第二步，测试系统初始化，向料仓中填满物料，设定螺旋加料的转速每分钟60转，控制步进电机以设定的转速进行螺旋加料，直至输送管内填满物料后停止运行；

第三步，对微机测控系统进行称重设定，对称重台架去皮标定，设定称重采样次数、采样速率等测试参数，使得微机测试系统进入测试工作状态，等待物料流入称盘；

第四步，控制步进电机以相同转速进行螺旋加料一圈（螺旋轴转动360°），记录加料量，保存测试结果数据；

第五步，重新设置螺旋加料转速，重复第一步到第四步，分别进行3种螺旋转速（每分钟60转、120转、180转）加料试验；

第六步，对比分析以上三种情况下加料量的变化规律，确定特定物料加料流量较稳定的螺旋转速。

通过以上内容多次试验和加料量变化对比分析，确定特定物料加料流量稳定适合的结构参数（螺旋头数、螺旋升角）和运行参数(螺旋转速)。

如图8所示，特定物料螺旋不连续定量加料试验，试验对象仍然为白色洗衣粉，对以上确定的结构参数（螺旋头数、螺旋升角）和运行参数（螺旋转速）进行特定物料螺旋不连续定量加料试验，试验分以下六步：（下面依螺旋轴每次旋转10°为例进行说明）

第一步，对以上确定的结构参数（螺旋头数、螺旋升角）试验装置装配并调整好；

第二步，测试系统初始化，向料仓中填满物料，设定以上确定的螺旋转速，控制步进电机以设定的转速进行螺旋加料，直至输送管内填满物料后，并停止在一初始位置θ₀（设θ₀角度为0°）；

第三步，对微机测控系统进行称重设定，对称重台架去皮标定，设定称重采样次数、采样速率等测试参数，使得微机测试系统进入测试工作状态，等待物料流入称盘；

第四步，控制步进电机以相同转速运转，每次控制螺旋传动轴转动一定角度φ（如转动10°，由脉冲个数控制），称量加料量，如此循环，螺旋传动轴旋转一周，记录得到36个加料量G_1j（j=0,1,2,…,35，G_1j单位为克)；

第五步，重复第三步到第四步，循环进行十次试验，记录得到10组36个加料量G_ij（循环次数i=1,2,3,…,10，j=0,1,2,…,35，G_ij单位为克)；

第六步，对10组36个加料量进行数据统计分析处理：

首先，分别计算每个位置处螺旋10°平均加料量G-_j，即

                                               （1）

其中，j=0,1,2,3,…,35，得到36个位置螺旋10°平均加料量；

其次，对每个位置处螺旋10°对应的10个加料量G_1j、G_2j 、G_3j …G_8j 、G_9j 、G_10j求方差和标准差，方差为：

                                         （2）

标准差为：，其中，j=0,1,2,…,35；

然后，通过回归分析方法确定36个平均加料量G-_j与螺旋传动轴相对初始位置的位置角度θ_j之间关系：

                                               （3）

其中，j=0,1,2,3,…,35，依据此建立从位置角度θ处(在0-360°之间)，转动角度φ(设在1-180°之间)之后，预计加料量G的估计表达式为：

                                   （4）

其中，，是与θ和φ有关的非线性修正系数，是与θ和φ有关的上下偏移修正系数；

最后，采用36个加料量G-_j最大标准差3倍作为预计加料量G上下偏差估计值E，即：

                                              （5）

预计加料量G的相对误差e为：

                                                （6）

通过以上内容试验，确定了在一定位置θ旋转一定角度φ的预计加料量G，反之也可以确定一定位置θ需要加一定量物料的旋转角度φ，以及预计加料量相对误差e。

Claims (8)

1.一种透明螺旋加料试验装置，其特征在于，包括支撑环a(1)、套筒a(2)、左端盖(3)、支撑底座(4)、螺旋传动轴(5)、轴a(6)、轴承a(7)、连接器(8)、料仓(9)、连接环(10)、输送管(11)、轴b(12)、进料口(13)、支撑环b(14)、右端盖(15)、套筒b(16)、端盖(17)、轴承b(18)、轴套(19)、小圆螺母(20)、连接套(21)、步进电机(22)、称重传感器(23)、控制器(24)、出料口(25)；所述支撑环a(1)和支撑环b(14)分别通过螺栓连接固定于支撑底座(4)左右安装位置上；将套筒a（2）从左边插入支撑环a(1)中，并使套筒a（2）开口向上放置，输送管(11)与套筒a(2)通过连接环(10)连接，输送管(11)左端由支撑环a(1)支撑，并由左端盖(3)轴向固定；左端盖(3)由透明材料制成；在螺旋传动轴(5)左端的输送管(11)上方开有进料口(13)，并通过连接器(8)与料仓(9)连接，在螺旋传动轴(5)右端的端输送管(11)下方开有出料口(25)；输送管(11)由透明材料制成；输送管(11)右端由支撑环b(14)支撑，并由右端盖(15)轴向固定；右端盖(15)的外侧连接套筒b(16)的左端，套筒b(16)内安置步进电机(22)和支撑螺旋传动轴(5)；螺旋传动轴(5)的左端与轴a(6)通过螺栓连接，并由安装于左端盖(3)上的一对轴承a(7)支撑定位，螺旋传动轴(5)的右端与轴b(12)通过花键连接，并由安装于套筒b(16)中的2个轴承b(18)支撑；2个轴承b(18)分别由端盖(17)、轴套(19)、小圆螺母(20)轴向定位，端盖(17)设于2个轴承b(18)的左侧，轴套（19）设于2个轴承b（18）之间，小圆螺母（20）设于2个轴承b（18）的右侧；轴（12）右端通过连接套（21）与步进电机（22）连接，步进电机（22）安装在支撑套筒（16）的右端；步进电机（22）控制螺旋传动轴（5）转速和转角；出料口（25）下面安装有称重传感器（23）；控制器（24）分别与步进电机（22）和称重传感器（23）通过线缆连接。

2.根据权利要求1所述的透明螺旋加料试验装置，其特征在于，所述控制器（24）包括微机、可编程自动控制器PAC、称重传感器检测电路和步进电机电源驱动器接口电路；微机与可编程自动控制器PAC通过USB接口连接，可编程自动控制器PAC包括数字量和模拟量输入输出通道，通过模拟量输入端与称重传感器检测电路连接，通过数字量输出端与步进电机电源驱动器接口电路连接；称重传感器检测电路包括称重传感器电源、称重信号调理电路、称重信号采集电路、模数转换电路；步进电机电源驱动器接口电路包括控制信号电平转换电路、驱动放大电路、步进电机可控硅控制电路和步进电机工作电源；主机信号通过USB接口向PAC发出控制指令，接受PAC数据；PAC通过输出接口输出，依次通过控制信号电平转换电路、驱动放大电路、步进电机可控硅控制电路来控制步进电机运行；当步进电机工作后，物料从下料口流出，称重传感器（23）将感应到的信号，依次通过信号调理电路、信号采集电路、模数转换电路，最后通过输入接口输入到PAC，PAC通过USB接口输送到主机，在主机中对信号进行处理。

3.实施权利要求1所述的透明螺旋加料试验装置的不连续定量加料试验方法，其特征在于，包括物料颗粒运动过程的观察分析试验、特定物料加料流量稳定性试验和特定物料螺旋不连续定量加料试验；试验流程是：首先通过颗粒运动过程的观察分析试验，分析确定加料过程颗粒运动特征、颗粒与螺旋表面接触摩擦特性对稳定有序送料的影响；然后通过特定物料加料流量稳定性试验，分别确定适合特定物料的结构参数：先确定合适的螺旋头数，再确定合适的螺旋螺距或螺旋升角，及其螺旋转速参数；最后在合适的运行参数和结构参数的情况下进行不连续定量加料试验，确定螺旋转角与下料量的关系。

4.根据权利要求3所述的不连续定量加料试验方法，其特征在于，所述物料颗粒运动过程的观察分析试验的具体步骤为：

第一步，在料仓内填充物料，首先加一半洗衣粉，然后加一层5毫米厚的示踪颗粒物料，然后再用洗衣粉加满整个料仓；

第二步，采用普通光滑的螺旋叶片、螺旋传动轴和输送管，以每分钟60转转速进行螺旋加料试验，观察示踪颗粒物料在输送管内沿螺杆作直线运动和随螺杆一起旋转运动程度，以时间或者路程表示；

第三步，在料仓内填满与第一步同样的物料，在螺旋传动轴上沿轴向均布贴宽度2—5毫米的光滑胶带条3—6条，在输送管内壁上沿轴向均布贴宽度4—8毫米的光滑胶带条3—6条，增加物料周向摩擦阻力，以与第一步同样的转速进行螺旋加料试验，观察示踪颗粒小米在输送管内沿螺杆作直线运动和随螺杆一起旋转运动程度，以时间或者路程表示；

第四步，在料仓内填满与第一步同样的物料，在螺旋传动轴上沿轴向均布贴宽度3毫米的光滑胶带条8条，在输送管内壁上沿轴向均布贴宽度5毫米的光滑胶带条8条，进一步增加物料周向摩擦阻力，以同样转速进行螺旋加料试验，观察示踪颗粒小米在输送管内螺旋叶片移动作直线运动和随螺杆一起旋转运动程度，以时间或者路程表示；

第五步，通过以上试验，分析确定加料过程颗粒运动特征、颗粒与螺旋表面接触摩擦特性对稳定有序送料影响关系，建立颗粒稳定有序送料的规律。

5.根据权利要求4所述的不连续定量加料试验方法，其特征在于，当螺旋传动轴周长在48毫米以上时，所述在螺旋传动轴上沿轴向均布贴宽度3毫米的光滑胶带条4条；当输送管内壁周长在64毫米以上时，在输送管内壁上沿轴向均布贴宽度5毫米的光滑胶带条4条。

6.根据权利要求4或5所述的不连续定量加料试验方法，其特征在于，所述特定物料加料流量稳定性试验的具体步骤为，在所述物料颗粒运动过程的观察分析试验基础上，试验螺旋轴的螺旋叶片2—4头共3种，螺旋轴的螺旋升角有3种，螺旋轴的螺旋升角在15°—25°内，进行加料流量稳定性试验：

第A步，装配并调整好试验装置后，在料仓和输送管内填满物料情况下，对微机测控系统进行称重设定，控制步进电机以每分钟60转转速进行螺旋加料一圈，螺旋轴转动360°，分别进行3种螺旋叶片加料试验，分别记录同一种头数的螺旋叶片加料30次的加料量，观察分析加料量的变化规律，分别对三组加料量数据求方差和标准差，并以方差和标准差最小来确定特定物料加料流量较稳定的螺旋头数；

第B步，对第A步确定的螺旋头数，装配并调整好试验装置后，在料仓和输送管内填满物料情况下，对微机测控系统进行称重设定，控制步进电机以每分钟60转转速进行螺旋加料一圈，分别进行3种螺旋升角加料试验，分别记录同一种螺旋升角的螺旋叶片加料30次的加料量，观察分析加料量的变化规律，分别对三组加料量数据求方差和标准差，并以方差和标准差最小确定特定物料加料流量较稳定的螺旋螺距或螺旋升角的结构参数；

第C步，装配并调整好以上试验所得的螺旋传动轴的试验装置后，在料仓和输送管内填满物料情况下，对微机测控系统进行称重设定，控制步进电机运转速度，分别试验3种螺旋转速下完成一次螺旋连续加料一圈试验，螺旋转速为每分钟60转到180转，分别记录同一种转速下加料30次的加料量，观察分析加料量的变化规律，分别对三组加料量数据求方差和标准差，并以方差和标准差最小确定特定物料加料流量较稳定的螺旋转速的运行参数；

第D步，通过以上三步试验，对加料量变化对比分析，确定特定物料加料流量较稳定最适合螺旋头数、螺旋升角或螺距的结构参数和螺旋转速的运行参数。

7.根据权利要求6所述的不连续定量加料试验方法，其特征在于，所述特定物料螺旋不连续定量加料试验的具体步骤为，在所述特定物料加料流量稳定性试验基础上，对以上确定的螺旋头数、螺旋升角或螺距的结构参数和螺旋转速的运行参数进行特定物料螺旋不连续定量加料试验，试验分以下三步：

第a步，装配并调整好试验装置后，在料仓和输送管内填满物料情况下，对微机测控系统进行称重设定，并控制步进电机转速，从一初始位置开始，每次控制螺旋传动轴转动固定角度，称量加料量，如此循环，螺旋传动轴旋转一周，记录得到36个加料量；

第b步，对第a步试验循环进行十次，记录得到10组36个加料量；

第c步，对10组36个加料量进行数据处理分析：首先分别计算每个角度位置平均加料量，得到36个加料量均值；然后，通过回归分析方法，分析确定36个平均加料量与螺旋传动轴相对初始位置的角度之间关系，依据此建立预计加料量与位置角度和转动角度之间关系；最后，通过对36个加料量分别进行方差和标准差计算，并采用36个加料量的标准差最大值3倍，作为预计加料量的偏差估计值，计算得到预计加料量在一定位置下的旋转角度，及其相对误差估计值；

第d步，通过以上内容试验，确定了在一定加料量下的螺旋转角，以及预计加料量相对误差。

8.根据权利要求7所述的不连续定量加料试验方法，其特征在于，所述第c步对10组36个加料量进行数据统计分析处理过程为：

首先，分别计算每个位置螺旋传动轴转动固定角度处平均加料量G-_j，即

                                               （1）

其中，j=0,1,2,3,…,35，得到36个位置螺旋10°平均加料量；

其次，对每个位置螺旋传动轴转动固定角度处对应的10个加料量G_1j、G_2j 、G_3j …G_8j 、G_9j 、G_10j求方差和标准差，方差为：

                                         （2）

标准差为：，其中，j=0,1,2,…,35；

然后，通过回归分析方法确定36个平均加料量G-_j与螺旋传动轴相对初始位置的位置角度θ_j之间关系：

                                               （3）

其中，j=0,1,2,3,…,35，依据此建立从位置角度θ处，θ在0-360°之间，转动角度φ之后，φ设在1-180°之间，预计加料量G的估计表达式为：

                                   （4）

其中，，是与θ和φ有关的非线性修正系数，是与θ和φ有关的上下偏移修正系数；

最后，采用36个加料量G-_j最大标准差3倍作为预计加料量G上下偏差估计值E，即：

                                              （5）

预计加料量G的相对误差e为：

                                                （6）

确定在位置θ旋转角度φ的预计加料量G，反之也能够确定位置θ需要加量物料的旋转角度φ，以及预计加料量相对误差e。