CN111330700B - 一种球磨动力学试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球磨动力学试验平台，包括支架和控制柜，支架上焊接第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆，第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆分布在同一个竖直面上，并保持竖直向上，第一支撑杆的上端口通过螺栓固定三相异步电机，三相异步电机的电机轴连接减速器，减速器用于匹配匹配转速和传递转矩，能够调节转速能实时监测转速与扭矩可根据研究需要换装大、小不同的磨机筒体，拆卸方便，根据研究需要，更换不同高度的提升条，靠轴传动，挠性第一联轴器和第二联轴器连接，轴承支撑，尽可能减少由载荷变动而带来的摩擦功率变动，保证了试验的精度。

Description

一种球磨动力学试验平台

技术领域

本发明涉及到一种球磨动力学试验平台，特别涉及一种球磨动力学试验平台。

背景技术

球磨作业是选矿作业的重要环节，其目的是粉碎细碎后的矿石颗粒，进一步减小其尺寸，使有用矿物与脉石解离，配合分级作业，给后续分选环节提供合格给料。因其处理的颗粒尺寸小，用于粉碎本身的能量就相对碎矿较高；同时其微观机理是磨矿介质对颗粒的随机冲击，能量利用的效率也不高。所以，球磨作业能量消耗相当高，据统计，金属铜的生产过程中，用于对粉碎能耗占选矿总能耗的70％以上；若是品位较低，粉碎能耗甚至超过冶炼能耗(刘建远.关于粉碎的能耗与能量效率[J].国外金属矿选矿， 1993(09):24-32+37.)。而合理的磨矿回路设计(段数的选择、给料粒度的选择)、磨机选型、磨矿介质选择与级配、磨机操作条件优化(转速率、钢球填充率、料球比、作业浓度等)等可提升磨矿效率。这也是球磨作业磨矿动力学研究的内容与目的。

一个合格的磨矿动力学平台首选要具备以下特征与功能：

(1)磨矿介质的运动与工业磨机中相近。如绝大多数实验室球磨机的内壁是光滑的，磨球的提升是靠其相互的摩擦与挤压产生的，其运动为钢球群的“跳动”，而非工业球磨机上的“跌落”与“泻落”。再比如为了排料、清洗方便，磨机筒体被设计成双锥型，实际上成为了锥形球磨机，该种磨机与工业上最常用圆筒式球磨机在介质运动方面差别较大，降低了研究与生产的可比性。

(2)能够调节转速。研究表明，转速率决定着磨矿介质运动形式。工业上球磨作业转速率一般在70-85％，范围较宽。因此，研究平台必须能调节转速率。

(3)能监测转速与扭矩，转速率是重要指标，需要控制，而控制就需要监测。监测动力装置转递给磨机筒体的扭矩是为了结合实际转速率计算机械功率。现代磨矿动力学的基础即为能量输入与粉碎效果相关联，机械功率是最直接的能量输入指标。(刘建远.粉碎数学模型漫谈[J].国外金属矿选矿， 1995(07):30-38.)同时，节能降耗是磨矿动力学研究的主要目的，那么监测功率便是题中之义。需要说明的是，机械功率较电机功率更能反映磨矿本身能耗情况，因其排除了电机与电力系统的干扰。

相关发明：

1.邦德功指数球磨机，邦德等人自上世纪50年代开展磨矿动力学研究工作，试图在实验室批次磨矿作业与工业连续磨矿作业间建立联系，为磨矿回路设计与磨机选型提供依据。其主要思路是在实验室磨机中测定矿石的可磨度，以此计算磨矿功指数，代入一些类回归方程中预测一定规格的工业磨机处理该矿石的表现。为此，他们设计了标准邦德功指数球磨机，尺寸为Φ30cm ×30cm，内部焊接6个提升条，转速率72％，使介质运动接近其在工业磨机中的形式。

其缺陷为：

(1)不能调节转速率。

(2)不能监测机械功率，无法计算实际输入能量。需要说明的是，用标准邦德功指数磨机得到的功指数并不是实际检测的，而是通过得到“可磨度”这一指标代入回归方程得到的估算值。其含义为在标准的磨矿条件下，利用标准规格的工业磨机磨矿，磨1吨矿石所耗费的能量。该方法至今仍广泛使用。然而，现代磨矿动力学的研究工作是从单粒级粉碎的粒度分布与能量输入关系着手，而该能量输入需要准确测量，不能推测。

(3)不能根据研究需要更换大小不同的筒体。

(4)不能根据研究需要更换高度、形状不同的提升条。

(5)因为靠皮带减速、传动，装载量不同导致机械损耗的不同，给动力学研究带来了误差。比如，动力学研究中有指标“净功率”，定义为实际供给介质运动的功率。由于机械摩擦，装载功率＝净功率+空载功率+由载荷带来的摩擦功率。若由载荷带来的摩擦功率很小或随装载量变化很小，净功率约等于装载功率与空载功率之差。然而，皮带传动中载荷带来的摩擦功率和随装载量变化都较大，不能忽略。

2.东北大学制作的磨矿动力学平台

东北大学陈炳辰团队在上世纪九十年代对球磨动力学开展了大量研究工作，其研究平台为Φ305mm×305mm中心传动球磨机，电机前连接变频器因而可调速，电机与筒体间由扭矩转速传感器。可以说该试验平台以基本满足了磨矿动力学设计的大部分要求。然而，其内衬光滑且无提升条，介质的运动形式在低转速下仍以“跳动”为主，而非“跌落”或“泻落”式磨矿，拉大了实验室研究和工业实践上的差距。这就是因为只有在很高的转速下，介质在光滑内衬无提升条的筒体才能形成“跌落”式磨矿。由此可见，为接近实际，设置提升条十分必要。

如在介质填充率45％、料球比1的干法磨矿中，若介质(钢球)的堆密度为3.9-4.1左右，物料堆密度为1.4g/cm³，用该平台磨矿需要加装37-38kg 钢球，一次需要近5.5kg干物料。某些情况下，运来的矿石样量并不多，筒体容积过大会减少试验样本数。另外，在做用硬质合金(密度14.9，堆密度8 左右，单价450元/kg)做磨矿介质，如用此平台，需要加装76公斤硬质合金球，使电机启动电流很大，实验室线路往往跳闸；另外，购置如此多的硬质合金球至少3万4千元的成本，若研究级配，则翻3至4倍，这给研究者造成了不小的经济压力。可以看出，在某些情况下，小直径小容积的筒体更合适。需要说明的是，大直径大容积的筒体在研究大直径钢球对动力学影响时是必须的，不能舍弃。因此，合理的方案是筒体可拆卸，根据需要换装大、小筒体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种球磨动力学试验平台，具有能够调节转速能实时监测转速与扭矩可根据研究需要换装大、小不同的磨机筒体，拆卸方便，根据研究需要，更换不同高度的提升条，靠轴传动，挠性第一联轴器和第二联轴器连接，轴承支撑，尽可能减少由载荷变动而带来的摩擦功率变动，保证了试验的精度。的优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种球磨动力学试验平台，包括支架和控制柜，支架上焊接第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆，第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆分布在同一个竖直面上，并保持竖直向上，第一支撑杆的上端口通过螺栓固定三相异步电机，三相异步电机的电机轴连接减速器，减速器用于匹配转速和传递转矩，减速器的输出端与第一联轴器输入端连接，减速器通过第一联轴器的输出端与扭矩转速传感器的一端相接，扭矩转速传感器安装在第二支撑杆上，扭矩转速传感器的另一端连接第二联轴器的输入端，第一联轴器和第二联轴器用来传递运动和扭矩；

所述第三支撑杆的顶部横向嵌入的轴承内插入传动轴，传动轴的一端与第二联轴器的输出端连接，传动轴的另一端固定在第一法兰盘的圆心上，第一法兰盘与传动轴对称的另一面边沿上安装卡环，第一法兰盘通过卡环与磨机筒体的一端连接；

所述磨机筒体的两侧焊接凸台，磨机筒体的侧面上开设进出料口，磨机筒体的内壁环绕有多个螺栓座，磨机筒体的两侧凸台分别插入第一法兰盘和卡环和第二法兰盘的卡环内，第二法兰盘圆心连接的转轴插入第四支撑杆顶部横向嵌入的轴承内；

所述进出料口上覆盖盖板，盖板四周上贯穿的螺栓与进出料口的边沿相啮合，螺栓座上安装提升条，提升条上贯穿的螺栓与螺栓座相啮合；

所述控制柜内分别安装有变频器、空气开关和三显表，变频器、空气开关和三显表依次串联，空气开关一端接通电源，起过载保护的作用，变频器连接空气开关的另一端，改变电源的频率并输出给三相异步电机，扭矩转速传感器与三显表连接，三显表还连接存储数据的计算机，磨机筒体的扭矩、转速由扭矩转速传感器测定并将电信号传给三显表，进而被转换成数字信号显示并传递给计算机储存。

进一步地，磨机筒体内点焊螺栓座，可在其上安装可拆卸的提升条，进而根据不同的研究需求更换不同样式、不同高度的提升条。

进一步地，卡环由左半环和右半环组成，左半环和右半环的端口之间通过转销连接，左半环焊接在第一法兰盘和第二法兰盘的下半部，右半环绕右半环旋转，凸台搭在左半环上，右半环旋转与左半环闭合，第一法兰盘和第二法兰盘上半部贯穿的螺栓与左半环啮合，左半环和右半环卡住凸台。

进一步地，左半环上等间距加工多个凹槽，凸台上等间距的加工插入凹槽内的限位块。

进一步地，磨机筒体可更换，试验用大磨球>40mm时，用Φ360×300mm 的磨机筒体，试验用小磨球<40mm时，可用内径为Φ180×300mm的磨机筒体。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本球磨动力学试验平台，能够调节转速能实时监测转速与扭矩可根据研究需要换装大、小不同的磨机筒体，拆卸方便，根据研究需要，更换不同高度的提升条，靠轴传动，挠性第一联轴器和第二联轴器连接，轴承支撑，尽可能减少由载荷变动而带来的摩擦功率变动，保证了试验的精度。

附图说明

图1为本发明的整体侧视图；

图2为本发明的磨机筒体内部正剖图；

图3为本发明的磨机筒体内部侧剖图；

图4为本发明的三显表结构图；

图5为本发明的磨机筒体和盖板连接图；

图6为本发明的卡环结构图；

图7为本发明的凸台侧视图；

图8为本发明的法兰盘和磨机筒体又一实施例图。

图中：1、支架；11、第一支撑杆；12、第二支撑杆；13、第三支撑杆； 131、传动轴；14、第四支撑杆；2、控制柜；21、变频器；22、空气开关； 23、三显表；3、三相异步电机；31、减速器；311、第一联轴器；4、扭矩转速传感器；41、第二联轴器；5、第一法兰盘；51、卡环；511、左半环；512、右半环；6、磨机筒体；61、凸台；611、限位块；62、螺栓座；621、提升条； 63、出料口；631、盖板；7、第二法兰盘；71、转轴；8、计算机；9、凹槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚；完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1，一种球磨动力学试验平台，包括支架1和控制柜2，支架1 上焊接第一支撑杆11、第二支撑杆12、第三支撑杆13和第四支撑杆14，第一支撑杆11、第二支撑杆12、第三支撑杆13和第四支撑杆14分布在同一个竖直面上，并保持竖直向上，以便安装在上的三相异步电机3、扭矩转速传感器4、磨机筒体6等安装支架1对中、固定，第一支撑杆11的上端口通过螺栓固定三相异步电机3，三相异步电机3的电机轴连接减速器31，减速器31 用于匹配转速和传递转矩，减速器31的输出端与第一联轴器311输入端连接，减速器31通过第一联轴器311的输出端与扭矩转速传感器4的一端相接，扭矩转速传感器4安装在第二支撑杆12上，扭矩转速传感器4的另一端连接第二联轴器41的输入端，第一联轴器311和第二联轴器41用来传递运动和扭矩。

第三支撑杆13的顶部横向嵌入的轴承内插入传动轴131，传动轴131的一端与第二联轴器41的输出端连接，传动轴131的另一端固定在第一法兰盘 5的圆心上，第一法兰盘5与传动轴131对称的另一面边沿上安装卡环51，第一法兰盘5通过卡环51与磨机筒体6的一端连接，转动由三相异步电机3 依次传递给了磨机筒体6，扭矩转速传感器4提供的磨机筒体6扭矩与转速的乘积即为功率，功率在磨矿时间的上的积分为输入的能量；而粉碎程度可由磨矿前后矿石的粒度分布差异可得，将给矿装入磨机筒体6磨一段时间，在此期间平台实时收集转速、扭矩的信息，进而计算求得功率与能量，对磨矿产品做筛析，对比给矿的筛析得到粉碎程度，建立功率与粉碎速度的关系或能量与粉碎程度的关系，因此，磨机筒体6的扭矩与转速可为扭矩转速传感器4测定。

请参阅图2-3，磨机筒体6的两侧焊接凸台61，磨机筒体6的侧面上开设进出料口63，进出料口63上覆盖盖板631，盖板631四周上贯穿的螺栓与进出料口63的边沿相啮合，螺栓座62上安装提升条621，提升条621上贯穿的螺栓与螺栓座62相啮合。

请参阅图4，控制柜2内分别安装有变频器21、空气开关22和三显表23，变频器21、空气开关22和三显表23依次串联，空气开关22一端接通电源，起过载保护的作用，变频器21连接空气开关22的另一端，改变电源的频率并输出给三相异步电机3，扭矩转速传感器4与三显表23连接，三显表23还连接存储数据的计算机8，磨机筒体6的扭矩、转速由扭矩转速传感器4测定并将电信号传给三显表23，进而被转换成数字信号显示并传递给计算机8储存，三显表23将数字信号由RS485接口传给计算机8储存，所用数字管理软件为M400。

请参阅图5，磨机筒体6的内壁环绕有多个螺栓座62，磨机筒体6的两侧凸台61分别插入第一法兰盘5和卡环51和第二法兰盘7的卡环51内，第二法兰盘7圆心连接的转轴71插入第四支撑杆14顶部横向嵌入的轴承内，磨机筒体6内点焊螺栓座62，可在其上安装可拆卸的提升条621，进而根据不同的研究需求更换不同样式、不同高度的提升条621，磨机筒体6可更换，试验用大磨球>40mm时，用Φ360×300mm的磨机筒体6，试验用小磨球 <40mm时，可用内径为Φ180×300mm的磨机筒体6，如果探求细磨中小钢球对球磨效率的影响时，用小磨机筒体6做；探求粗磨中大钢球对球磨效率的影响时，用大磨机筒体6做；先用小筒体做，在用大筒体做，对比两者的结果，可初步分析归纳磨机放大的准则，如果探究介质(钢球)运动对磨机效率的影响时，可在控制柜2调速，由变频器21改变电流频率以改变三相异步电机3输出转速进而改变介质运动的形式；也可更换提升条621，换成特定的高度与倒角，在高转速下能带动钢球-物料群形成抛落运动，以改变钢球的提升高度与撞击角度。

请参阅图6，卡环51由左半环511和右半环512组成，左半环511和右半环512的端口之间通过转销连接，左半环511焊接在第一法兰盘5和第二法兰盘7的下半部，右半环512绕右半环512旋转，凸台61搭在左半环511 上，右半环512旋转与左半环511闭合，第一法兰盘5和第二法兰盘7上半部贯穿的螺栓与左半环511啮合，左半环511和右半环512卡住凸台61，将左半环511的位置固定后，右半环512只能绕左半环511旋转，右半环512 和左半环511旋转可以形成闭合的圆环结构，也可以打开，将凸台61放在左半环511上，将右半环512旋转扣上后，在利用螺栓将左半环511与第一法兰盘5和第二法兰盘7相固定，方便拆卸同时又起到支撑的效果。

请参阅图7，左半环511上等间距加工多个凹槽9，凸台61上等间距的加工插入凹槽9内的限位块611，利用其限位块611插入凹槽9的方式，使得卡环51在旋转时可以带动凸台61旋转。

实施例二：

请参阅图8，第一法兰盘5和第二法兰盘7卡住磨机筒体6一端的凸台 61，并用6个螺栓固定；磨机筒体6的另一端也是靠上述方式与另一个轴承相接，以此实现磨机的平稳转动，首先拧开磨机筒体6两端凸台61与各自第一法兰盘5和第二法兰盘7卡的螺栓拧开右面的轴承座与支架1的螺栓，之后一人托住磨机筒体6，另一人向外拔出第二法兰盘7，托住磨机筒体6往外拔，离开第一法兰盘5，拆下磨机筒体6之后按相反的次序将安装。

综上所述，本球磨动力学试验平台，能够调节转速能实时监测转速与扭矩可根据研究需要换装大、小不同的磨机筒体6，拆卸方便，根据研究需要，更换不同高度的提升条621，靠轴传动，挠性第一联轴器311和第二联轴器 41连接，轴承支撑，尽可能减少由载荷变动而带来的摩擦功率变动，保证了试验的精度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种球磨动力学试验平台，其特征在于，包括支架(1)和控制柜(2)，支架(1)上焊接第一支撑杆(11)、第二支撑杆(12)、第三支撑杆(13)和第四支撑杆(14)，第一支撑杆(11)、第二支撑杆(12)、第三支撑杆(13)和第四支撑杆(14)分布在同一个竖直面上，并保持竖直向上，第一支撑杆(11)的上端口通过螺栓固定三相异步电机(3)，三相异步电机(3)的电机轴连接减速器(31)，减速器(31)用于匹配转速和传递转矩，减速器(31)的输出端与第一联轴器(311)输入端连接，减速器(31)通过第一联轴器(311)的输出端与扭矩转速传感器(4)的一端相接，扭矩转速传感器(4)安装在第二支撑杆(12)上，扭矩转速传感器(4)的另一端连接第二联轴器(41)的输入端，第一联轴器(311)和第二联轴器(41)用来传递运动和扭矩；

所述第三支撑杆(13)的顶部横向嵌入的轴承内插入传动轴(131)，传动轴(131)的一端与第二联轴器(41)的输出端连接，传动轴(131)的另一端固定在第一法兰盘(5)的圆心上，第一法兰盘(5)与传动轴(131)对称的另一面边沿上安装卡环(51)，第一法兰盘(5)通过卡环(51)与磨机筒体(6)的一端连接；

所述磨机筒体(6)的两侧焊接凸台(61)，磨机筒体(6)的侧面上开设进出料口(63)，磨机筒体(6)的内壁环绕有多个螺栓座(62)，磨机筒体(6)的两侧凸台(61)分别插入第一法兰盘(5)的卡环(51)和第二法兰盘(7)的卡环(51)内，第二法兰盘(7)圆心连接的转轴(71)插入第四支撑杆(14)顶部横向嵌入的轴承内；

所述进出料口(63)上覆盖盖板(631)，盖板(631)四周上贯穿的螺栓与进出料口(63)的边沿相啮合，螺栓座(62)上安装提升条(621)，提升条(621)上贯穿的螺栓与螺栓座(62)相啮合；

所述控制柜(2)内分别安装有变频器(21)、空气开关(22)和三显表(23)，变频器(21)、空气开关(22)和三显表(23)依次串联，空气开关(22)一端接通电源，变频器(21)连接空气开关(22)的另一端，改变电源的频率并输出给三相异步电机(3)，扭矩转速传感器(4)与三显表(23)连接，三显表(23)还连接存储数据的计算机(8)，磨机筒体(6)的扭矩、转速由扭矩转速传感器(4)测定并将电信号传给三显表(23)，进而被转换成数字信号显示并传递给计算机(8)储存；

卡环(51)由左半环(511)和右半环(512)组成，左半环(511)和右半环(512)的端口之间通过转销连接，左半环(511)焊接在第一法兰盘(5)和第二法兰盘(7)的下半部，右半环(512)绕右半环(512)旋转，凸台(61)搭在左半环(511)上，右半环(512)旋转与左半环(511)闭合，第一法兰盘(5)和第二法兰盘(7)上半部贯穿的螺栓与左半环(511)啮合，左半环(511)和右半环(512)卡住凸台(61)。

2.根据权利要求1所述的一种球磨动力学试验平台，其特征在于，磨机筒体(6)内点焊螺栓座(62)，在其上安装可拆卸的提升条(621)，进而根据不同的研究需求更换不同样式、不同高度的提升条(621)。

3.根据权利要求1所述的一种球磨动力学试验平台，其特征在于，左半环(511)上等间距加工多个凹槽(9)，凸台(61)上等间距的加工插入凹槽(9)内的限位块(611)。

4.根据权利要求1所述的一种球磨动力学试验平台，其特征在于，磨机筒体(6)能够更换，试验用大磨球>40mm时，用Φ360×300mm的磨机筒体(6)，试验用小磨球<40mm时，用内径为Φ180×300mm的磨机筒体(6)。

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