CN105675427B - 一种针对橡胶材料的渣浆冲蚀磨损试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对橡胶材料的渣浆冲蚀磨损试验机，包括加载系统、搅拌系统、循环系统和试验机构，解决了现有试验设备无法对橡胶材料进行有效的冲蚀磨损试验等问题。该试验装置通过搅拌系统将固体颗粒与溶液充分混合后进入加载系统并加压，混合液通过试验室内的喷嘴射出冲击在固定于试样槽内的样品表面，从而形成含固体颗粒的腐蚀性介质对橡胶材料冲蚀磨损的过程；循环系统使得混合液可以循环利用，试验室设有可视化窗口，可以对试验过程进行实时观测。

Description

一种针对橡胶材料的渣浆冲蚀磨损试验机

技术领域

本发明涉及一种橡胶冲蚀磨损试验机，特别是一种利用含固体颗粒的腐蚀性介质对橡胶冲蚀磨损性能进行研究的冲蚀磨损试验机。

背景技术

在矿山行业，机械搅拌式浮选机由于其工作效果稳定、适应性强等优点逐渐成为应用最广泛的选矿设备，其中转子（即叶轮）和定子作为机械搅拌式浮选机的关键部件直接决定其工作效率与使用寿命。浮选机工作时，叶轮在矿浆中旋转，一方面受到矿浆的溶胀侵蚀老化，另一方面还受到矿粒对于叶轮表面的冲击，在腐蚀和冲击的共同作用下产生过早的失效。橡胶是铸造浮选机叶轮和定子最常用的材料，因此，优选橡胶配方是提高叶轮、定子耐冲蚀磨损性能和浮选设备使用寿命的重中之重，这就要结合实际工况，选用合适的冲蚀磨损试验机对橡胶材料进行冲蚀磨损试验。这是优选橡胶配方必不可少的环节，迄今为止还未见过理想的橡胶冲蚀磨损试验设备的相关报道。

据相关文献报导，常规的冲蚀磨损试验机大部分都是针对金属材料冲蚀元件设计和制造的，橡胶作为一种具有较高粘弹性的材料在这些冲蚀磨损试验机上进行试验的效果并不理想，并且虽然这些常见的冲蚀磨损试验机都能模拟水砂对材料的冲蚀作用，但大多都有其局限性和不足，例如：冲蚀压力与攻角不可调节、体积庞大、研究生产成本较高等。

如专利公开号为CN104849162A的“一种冲蚀角度和浓度可控式冲蚀磨损试验装置”，此试验机包括搅拌轴、漏斗、叶轮、出料口、电机、偏心轮、控制器、温度传感器、位置检测器等机构，具有冲蚀角度可调、浓度可控、便于操作等优点。虽然该设备可以通过转动偏心轮调节橡胶试样受冲蚀的角度，但在试验过程中角度是固定的，不能实时变化，不足以模拟实际工况中复杂的、多角度的冲蚀磨损。另外，通过调节漏斗出料口的大小，改变沙砾通向试验釜的速度，来配置试验釜内不同浓度的浆料，这种方式并不稳定，加料不均匀易受到诸多因素的影响，并且可控性较低，容易造成较大误差。

中国实用新型专利CN202548024U说明书公开了一种水砂冲蚀磨损试验机，此冲蚀磨损试验机包括样品室、底桶、喷头、样品转台、增压水泵、水砂回收及分离装置、水砂搅拌装置、抽砂水泵、压力表和控制系统组成。此装置将水、砂混合之后利用两级增压水泵增压通过喷嘴冲击在样品表面来进行试验。样品安装在样品转台上，样品转台无凹槽，不能有效的抑制橡胶材料的受力变形，无法对橡胶材料进行冲蚀磨损试验。此设备的喷嘴形状单一，而且无法调整喷嘴与样品之间的距离，试验范围存在局限性。

综上所述，目前常见的旋转喷射式和射流式冲蚀磨损试验机都有其局限性和不足：冲蚀压力不可调节、冲蚀角度恒定、溶液浓度误差较大、体积庞大、生产成本高，而且无法适用于研究橡胶材料的冲蚀磨损特性。因此，有必要提供一种针对橡胶材料冲蚀磨损特性研究的冲蚀磨损试验机。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种针对橡胶材料的渣浆冲蚀磨损试验机，结构简单，机构设计合理，其压力、冲蚀角度、冲击速度、溶液浓度可控，解决了现有试验机无法对橡胶材料冲蚀磨损性能进行研究等问题。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案实施的：

一种针对橡胶材料的渣浆冲蚀磨损试验机，包括加载系统、搅拌系统、循环系统和试验机构，其特征在于：加载系统主要包括电机、电机底座和渣浆泵；电机和渣浆泵均安装在电机底座上，渣浆泵由电机驱动；搅拌系统主要由搅拌电机、料浆罐、叶轮轴和叶轮组成；搅拌电机安装在电机平台上，并通过支撑螺钉固定在侧面的电机支架上，电机轴垂直向下，通过联轴器与叶轮轴连接，叶轮轴位于料浆罐内部中心处，叶轮安装在叶轮轴下端；循环系统主要包括不锈钢管路、第一管路支架、第二管路支架、料斗和排水管，管路由第二管路支架和第二管路支架支撑；料斗连接试验室下端面，料斗通过联通节与排水管连接，排水管连通料浆罐；渣浆泵通过管路连通料浆罐和试验机构的试验室；试验机构包括设置在控制柜上方的试验室，试验室内部中空，上端面设有可视窗，试验室四周由端板封闭，端板的轴向上设有转轴，转轴一端安装在固定于试验室一侧端板上的滚动轴承中，转轴另一端安装有把手，刻度盘安装在试验室另一侧的端板上通过把手和设置在刻度盘上的锁紧螺钉调整和锁定转轴转动的角度；转轴上开有试样槽，橡胶试样通过紧固螺钉与紧固压板固定在转轴预留的试样槽中。

管路共分为三段，第一段管路连接料浆罐底部与渣浆泵输入口，靠近渣浆泵一端的管路上安装有球阀，第一段管路由第二管路支架支撑；第二段管路一端连接渣浆泵输出口另一端伸入试验室内且端部安装喷嘴，靠近第二段管路的入口端设置有入口压力表，靠近第二段管路的出口端设置有出口压力表，第二段管路由第一管路支架支撑；第三段管路连接第二段管路与料浆罐顶部，第三段管路输入端安装有控制系统阀，第三段管路由第二管路支架支撑。

试验室上端面由顶盖支架支撑，其中心设有由钢化玻璃制作的可视窗。

第三段管路的输出端穿过试验室的端板并通过支撑块和密封块固定，第三段管路出口端安装有喷嘴，喷嘴与第三段管路采用螺纹连接，喷嘴的横截面为矩形。

料浆罐的底部下方设置有料浆罐底座，料浆罐的底部侧壁上开有排水口；控制柜的底部设置有控制柜底座。

料斗与联通节之间通过连接螺钉固定。

叶轮与料浆罐底面保持10-20cm的距离。

叶轮选用锚框式搅拌叶轮，其直径与料浆罐内径比为0.8，叶轮在安装时与水平方向倾斜一定角度，倾角为5°~20°。

优点和效果：

本发明可以在省力的同时，方便携带、节省空间、减轻重量，采用多管嵌套，结构简单，操作方便。

（1）可以实现橡胶试样角度即冲蚀攻角0-180°之间的任意调整。

（2）可以实现冲蚀速度与压力大小的自由调节。

（3）橡胶试样通过紧固螺钉与紧固压板固定在转轴预留的试样槽中，在冲蚀过程中可以避免橡胶的弹性变形，以保证实验结果的正确性。

（4）为保证混合液浓度0-25wt%，料浆罐的体积、内部结构及搅拌电机的功率经过严格的设计与计算，可以实现混合液充分有效搅拌，减小底部沉积。

（5）试验室设置可视窗口，可以实现对冲蚀过程的实时观测。

（6）可以改变喷嘴截面形状与大小来满足不同试验需求。

经检测，该橡胶冲蚀磨损试验机的主要技术指标如下：

（1）冲蚀速度：0-25m/s。

（2）水泵扬程：80m。

（3）攻角调整：0-180°。

（4）混合液浓度配制：0-25wt%。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是转轴、试样槽与紧固压板放大结构示意图。

图4是图3的左视图。

图5是截面为20*5mm喷嘴的示意图。其中图5（a）为20*5mm喷嘴的主视图；图5（b）为图5（a）左视图，图5（c）为图5（a）的剖面图，图5（d）为图5（a）俯视图。

图6是截面为20*10mm的喷嘴示意图。其中图6（a）为20*10mm喷嘴的主视图；图6（b）为图6（a）左视图，图6（c）为图6（a）的剖面图，图6（d）为图6（a）俯视图。

附图标记说明：

1转轴、2紧固压板、3可视窗、4喷嘴、5顶盖支架、6端板、7支撑块、8密封块、9出口压力表、10第一管路支架、11管路、11-1第一段管路、11-2第二段管路、11-3第三段管路、12控制系统阀、13束节、14入口压力表、15电机、16电机底座、17渣浆泵、18球阀、19管路支架底座、20第二管路支架、21料浆罐、22料浆罐底座、23把手、24刻度盘、25搅拌电机、26支撑螺钉、27电机支架、28轴承、29橡胶试样、30紧固螺钉、31锁紧螺钉、32料斗、33连接螺钉、34联通节、35控制柜底座、36控制柜、37排水管、38叶轮、39叶轮轴、40排水口、41联轴器、42电机平台、43试样槽。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行具体说明：

本发明涉及一种针对橡胶材料的渣浆冲蚀磨损试验机，如图1和图2所示，包括加载系统、搅拌系统、循环系统和试验机构，加载系统主要包括电机15、电机底座16和渣浆泵17；电机15和渣浆泵17均安装在电机底座16上，渣浆泵17由电机15驱动；搅拌系统主要由搅拌电机25、料浆罐21、叶轮轴39和叶轮38组成；搅拌电机25安装在电机平台42上，并通过支撑螺钉26固定在侧面的电机支架27上，电机轴垂直向下，通过联轴器41与叶轮轴39连接，叶轮轴39位于料浆罐21内部中心处，叶轮38安装在叶轮轴39下端；循环系统主要包括不锈钢管路11、第一管路支架10、第二管路支架20、料斗32和排水管37，管路11由第一管路支架10和第二管路支架20支撑；料斗32连接试验室下端面，料斗32通过联通节34与排水管37连接，排水管37连通料浆罐21；渣浆泵17通过管路11连通与料浆罐21和试验机构的试验室；试验机构包括设置在控制柜36上方的试验室，试验室内部中空，上端面设有可视窗3，试验室四周由端板6封闭，端板6的轴向上设有转轴1，转轴1一端安装在固定于试验室一侧端板6上的滚动轴承28中，转轴1另一端安装有把手23，刻度盘24安装在试验室另一侧的端板6上通过把手23和设置在刻度盘上的锁紧螺钉31调整和锁定转轴1转动的角度；如图3和图4所示，转轴1上开有试样槽43，橡胶试样29通过紧固螺钉30与紧固压板2固定在转轴1预留的试样槽43中。

管路11共分为三段，包括第一段管路11-1、第二段管路11-2和第三段管路11-3。第一段管路11-1连接料浆罐21底部与渣浆泵17输入口，靠近渣浆泵17一端的管路上安装有球阀18，第一段管路11-1由第二管路支架20支撑；第二段管路11-2一端连接渣浆泵17输出口另一端伸入试验室内且端部安装喷嘴4，靠近第二段管路的入口端设置有入口压力表14，靠近第二段管路的出口端设置有出口压力表9，第二段管路11-2由第一管路支架10支撑；第三段管路11-3连接第二段管路11-2与料浆罐21顶部，第三段管路输入端安装有控制系统阀12，第三段管路11-3由第二管路支架20支撑。

试验室上端面由顶盖支架5支撑，其中心设有由钢化玻璃制作的可视窗3，便于对试验过程进行实时观察。

第三段管路11-3的输出端穿过试验室的端板6并通过支撑块7和密封块8固定，第三段管路11-3出口端安装有喷嘴4，喷嘴4与第三段管路11-3采用螺纹连接，喷嘴4的横截面为矩形，其截面面积根据橡胶试样29的尺寸设计，相对于圆形截面来说矩形截面能更好的保证冲击面积与冲击压力的稳定性，并且更易于观测冲击面的磨痕形貌。图5和图6是两种不同尺寸的喷嘴结构示意图。

经反复调试后发现叶轮38与料浆罐21底面保持10-20cm的距离将混合液搅拌充分所用的时间最少、效率最高、效果最佳。

叶轮38选用锚框式搅拌叶轮，其直径与料浆罐21内径比为0.8，这一比例可以保证混合液被充分搅拌，根据Rushton理论，叶轮38在安装时与水平方向倾斜一定角度，倾角为5°~20°，这种安装角度可以省去挡板的安装而且不会出现打旋现象或局部搅拌死区，搅拌效率高，可以实现混合液充分有效的搅拌，减小底部沉积。

料浆罐21内的空间体积为1.02m³，最高水位线位于为料浆罐21高度的2/3处，即工作时料浆的体积为0.68m³，根据料浆的密度、固体颗粒的尺寸、叶轮38的直径可以计算出满足将特定浓度与类型混合液充分搅拌所需的电机最小功率，以达到节能、节约成本的目的。

料浆罐21的底部侧壁上开有排水口40便于料浆的排出与更换；为了避免试验机主体与地面直接接触造成腐蚀或损坏并方便运输，在料浆罐21的底部下方设置有料浆罐底座22，控制柜36的底部设置有控制柜底座35。

料斗32与联通节34之间通过连接螺钉33固定，更加牢固。

本发明工作原理如下：

该橡胶冲蚀磨损试验机使带有固体颗粒的腐蚀性介质通过横截面为矩形的喷嘴4对橡胶试样29表面进行冲蚀磨损，橡胶试样29通过紧固螺钉30与紧固压板2固定在转轴1预留的试样槽43中，在冲蚀过程中可以避免橡胶的弹性形变，保证试验数据的准确性；转轴1安装在固定于试验室端板6的滚动轴承28上，转轴1一端通过把手23转动以控制试验所需的不同角度，标注有角度的转盘24通过锁紧螺钉31固定。试验室上端面由顶盖支架5支撑，方便拆卸，其中心的可视窗3材料为钢化玻璃，便于对试验过程进行实时观察。

加载系统主要包括电机15、电机底座16和渣浆泵17等。安装在电机底座16上的电机15驱动渣浆泵17将在料浆罐21中充分混合了的混合液抽出并加压流经管路11-2通过喷嘴4冲击在样品29表面，从而形成冲击过程，这种加载方式能够保证冲击平稳，受力均匀。

本试验设备设计配备了两种不同口径的喷嘴，分别为20*5mm和20*10mm，采用螺纹连接的方式与管路11接连，这种连接方式便于安装和拆卸，必要时可以根据试验需求改变喷嘴出口的大小。

搅拌系统由搅拌电机25、叶轮轴39、料浆罐21和叶轮38组成。搅拌电机25安装在电机平台42上，通过支撑螺钉26固定在侧面的电机支架27上，电机轴垂直向下，通过联轴器41与叶轮轴39连接，叶轮轴39下方固定有叶轮38处于料浆罐21内部并与其底面保持10-20cm的距离；搅拌系统工作时在料浆罐21中加入一定质量的固体颗粒后加入特定质量的水配制所需浓度的混合液，启动搅拌电机25带动叶轮38旋转，调整电机转数使溶液与固体颗粒充分混合。

循环系统包括不锈钢管路11、第一管路支架10、第二管路支架20、料斗32、联通节34和排水管37。混合液从料浆罐21中被抽出进入管路11-1后，由调节第三段管路11-3上的控制系统阀12开度大小来控制第二段管路11-2的压力大小，其数值可以由第一段管路11-1上的出口压力表9直观显示，配合入口压力表14的数据可以得出管道内的压力差，从而更精确的控制管道与出口压力，保持喷嘴4出口速度的稳定性；混合液在冲击样品29表面后由于重力的作用汇聚在与试验室下端面连接的料斗32中，料斗32通过联通节34与排水管37连接，混合液流经排水管37流回料浆罐21中，完成混合液的一次循环，进行二次利用，节省资源、节约成本。

由于管路11内介质的特殊性，本实验设备选用的泵、阀、表等原件均为耐磨、耐腐蚀的高性能原件，管路11为不锈钢材质，第一管路支架10与第二管路支架20分别通过地脚螺栓固定在地面上。

本发明工作过程如下：

进行试验时，启动搅拌电机25，待混合液搅拌均匀后启动电机15，渣浆泵17开始工作，通过第一段管路11-1将混合液从料浆罐21中抽出并加压流经第二段管路11-2通过喷嘴4冲击在试样29表面，完成这一冲击过程后混合液由于重力的作用汇聚在与试验室下端面连接的料斗32中，流经通过联通节34与料斗32相连的排水管37流回料浆罐21中，完成一次循环过程。

本发明所述的试验机压力、受力面积、冲击角度、冲击速度、冲蚀时间、溶液浓度可控，其结构简单、设计合理，零部件易于调整、更换方便、不易损坏，混合液搅拌充分、无底部沉积，加载平稳、受力均匀，实验数据测量精确。

Claims (7)

1.一种针对橡胶材料的渣浆冲蚀磨损试验机，包括加载系统、搅拌系统、循环系统和试验机构，其特征在于：加载系统主要包括电机（15）、电机底座（16）和渣浆泵（17）；电机（15）和渣浆泵（17）均安装在电机底座（16）上，渣浆泵（17）由电机（15）驱动；搅拌系统主要由搅拌电机（25）、料浆罐（21）、叶轮轴（39）和叶轮（38）组成；搅拌电机（25）安装在电机平台（42）上，并通过支撑螺钉（26）固定在侧面的电机支架（27）上，电机轴垂直向下，通过联轴器（41）与叶轮轴（39）连接，叶轮轴（39）位于料浆罐（21）内部中心处，叶轮（38）安装在叶轮轴（39）下端；循环系统主要包括不锈钢管路（11）、第一管路支架（10）、第二管路支架（20）、料斗（32）和排水管（37），管路（11）由第二管路支架（10）和第二管路支架（20）支撑；料斗（32）连接试验机构的试验室下端面，料斗（32）通过联通节（34）与排水管（37）连接，排水管（37）连通料浆罐（21）；渣浆泵（17）通过管路（11）连通料浆罐（21）和试验机构的试验室；试验机构包括设置在控制柜（36）上方的试验室，试验室内部中空，上端面设有可视窗（3），试验室四周由端板（6）封闭，端板（6）的轴向上设有转轴（1），转轴（1）一端安装在固定于试验室一侧端板（6）上的滚动轴承（28）中，转轴（1）另一端安装有把手（23），刻度盘（24）安装在试验室另一侧的端板（6）上通过把手（23）和设置在刻度盘上的锁紧螺钉（31）调整和锁定转轴（1）转动的角度；转轴（1）上开有试样槽（43），橡胶试样（29）通过紧固螺钉（30）与紧固压板（2）固定在转轴（1）预留的试样槽（43）中。

2.根据权利要求1所述的针对橡胶材料的渣浆冲蚀磨损试验机，其特征在于：管路（11）共分为三段，第一段管路（11-1）连接料浆罐（21）底部与渣浆泵（17）输入口，靠近渣浆泵（17）一端的管路上安装有球阀（18），第一段管路（11-1）由第二管路支架（20）支撑；第二段管路（11-2）一端连接渣浆泵（17）输出口另一端伸入试验室内且端部安装喷嘴（4），靠近第二段管路的入口端设置有入口压力表（14），靠近第二段管路的出口端设置有出口压力表（9），第二段管路（11-2）由第一管路支架（10）支撑；第三段管路（11-3）连接第二段管路（11-2）与料浆罐（21）顶部，第三段管路输入端安装有控制系统阀（12），第三段管路（11-3）由第二管路支架（20）支撑。

3.根据权利要求1所述的针对橡胶材料的渣浆冲蚀磨损试验机，其特征在于：试验室上端面由顶盖支架（5）支撑，其中心设有由钢化玻璃制作的可视窗（3）。

4.根据权利要求1所述的针对橡胶材料的渣浆冲蚀磨损试验机，其特征在于：料浆罐（21）的底部下方设置有料浆罐底座（22），料浆罐（21）的底部侧壁上开有排水口（40）；控制柜（36）的底部设置有控制柜底座（35）。

5.根据权利要求1所述的针对橡胶材料的渣浆冲蚀磨损试验机，其特征在于：料斗（32）与联通节（34）之间通过连接螺钉（33）固定。

6.根据权利要求1所述的针对橡胶材料的渣浆冲蚀磨损试验机，其特征在于：叶轮（38）与料浆罐（21）底面保持10-20cm的距离。

7.根据权利要求1或6所述的针对橡胶材料的渣浆冲蚀磨损试验机，其特征在于：叶轮（38）选用锚框式搅拌叶轮，其直径与料浆罐（21）内径比为0.8，叶轮（38）在安装时与水平方向倾斜一定角度，倾角为5°~20°。