CN113959799A - 基于物联网的材料制备分析实验设备及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公布了基于物联网的材料制备分析实验设备及控制系统，属于实验室仪器设备技术领域，它包括集成有物联网模块的分析天平、颚式破碎机、间距可调式三辊研磨机以及粉末压片机，分析天平用于样品计量，颚式破碎机用于样品粉碎，三辊研磨机用于样品研磨，以及粉末压片机用于样品成型，物联网模块包括传感器节点模块、RFID模块以及通信模块。颚式破碎机包括箱体，箱体顶部开设有进料口而其侧壁下部开设有出料口，进料口下方设置有颚式破碎机构，颚式破碎机构包括固定设置于箱体内壁上的定颚基板，定颚基板一旁设置有与之相对的动颚板组件；动颚板组件包括动颚基板，动颚基板与定颚基板上均设置有碾碎组件。

Description

基于物联网的材料制备分析实验设备及控制系统

技术领域

本发明涉及实验室仪器设备技术领域，尤其是涉及基于物联网的材料制备分析实验设备及控制系统。

背景技术

开发新型材料的主要方向包括成分的设计和优化，如针对金属材料的研究，经常需在实验室通过改变不同的成分进行重复多次的全流程实验工艺，这一过程不仅需要及时记录大量的实验数据，针对不同的样品可能还需要不同规格的适应设备，如不同粉碎能力的破碎机、不同研磨能力的研磨机等，因此存在研发周期长、成本高，数据管理任务重，设备的管控十分麻烦等问题。

近年来，随着物联网技术的发展，出现了物联网实验装置。物联网实验装置是能紧密结合物联网相关专业教学与科研的核心实验装置，通过实验装置集成包括传感器节点模块、 RFID模块以及通信模块等在内的物联网模块，实现实验数据的实时采集、记录与传输到电脑或手机，大幅减轻了实验数据管理的任务量。

但是，针对实验过程中的实验设备的选用，由于装置的功能固定的局限，在进行材料制备分析等实验时仍存在诸多不便，难以进一步提高实验的效率。特别是在粉碎与研磨等环节，虽然目前已有可调节间距的三辊研磨机，可根据需要调节研磨间距以适应不同的研磨需求，使用十分方便，而且也大大拓宽的设备的适应性，降低了实验成本。但是针对粉碎环节，由于用于破碎的零部件为易损件，如何实现可调节以便适应不同的加工需求，并同时满足损耗件易更换与易清理等操作。同时，样品物料在各实验设备之间的转运效率如何进一步提高，以及各设备之间的协同如何实现，均是值得考虑的问题。基于此，我们在物联网实验装置的基础上进行改进，提出可调式的实验设备的组合方案，可根据不同的样品提前预设好不同的粉碎、研磨等功能，以便实现不同样品的实验加工需求，无需备用多套设备，有效减少整体的实验成本，提高实验设备的适应性。并且采用机械手实现各设备间的自动化转运操作，替代人工的转运，能够完成批量化操作大幅提高转运的效率，也能保证转运过程中样品的稳定性，减少人为操作容易发生仪器磕碰损坏等现象；各环节的实验数据能够及时的通过物联网通信模块传输到电脑或手机等终端进行记录保存，减少大量实验的数据记录任务量，同时通过各设备之间通过物联网模块实现互联，前一环节设备可激活后一环节设备进行预启动，特别是对于热处理设备提前预启动可大幅减少实验前的等待时间，进而有效提高实验的效率。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供基于物联网的材料制备分析实验设备及控制系统，基于物联网实验设备可将实验的各个环节的数据及时的传输到电脑或手机终端进行保存，同时关键环节采用可调式的颚式破碎机、三辊研磨机等，实现其功能扩展，以便满足不同的样品的实验需求，根据需要提前预设不同的实验参数，即可通过一套设备连续的实现整个的实验流程，实验成本低，效率高。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：基于物联网的材料制备分析实验设备，包括集成有物联网模块的分析天平、颚式破碎机、间距可调式三辊研磨机以及粉末压片机，分析天平用于样品计量，颚式破碎机用于样品粉碎，三辊研磨机用于样品研磨，以及粉末压片机用于样品成型，物联网模块包括传感器节点模块、 RFID模块以及通信模块，其特征在于，所述颚式破碎机包括箱体，箱体顶部开设有进料口而其侧壁下部开设有出料口，进料口下方设置有颚式破碎机构，颚式破碎机构包括固定设置于箱体内壁上的定颚基板，定颚基板一旁设置有与之相对的动颚板组件，动颚板组件上部由偏心轴进行支撑安装，偏心轴通过皮带轮组件与电机相连，所述动颚板组件下部与箱体内壁之间设置有缓冲组件；所述动颚板组件包括动颚基板，动颚基板与定颚基板上均设置有碾碎组件，所述碾碎组件包括交叉排列设置的第一碾碎件与第二碾碎件，第二碾碎件为活动设置且可收纳于第一碾碎件内。

进一步的，所述第一碾碎件为块状结构且其一侧壁开设有凹槽，所述第二碾碎件活动设置于动颚基板或定颚基板上，第二碾碎件为块状结构且可收纳于第一碾碎件侧壁的凹槽内。

进一步的，所述动颚基板或定颚基板内部均为中空结构且内部分别活动设置有第一活动板与第二活动板，动颚基板或定颚基板表面阵列开设有滑槽，滑槽与第一碾碎件侧壁的凹槽连通，所述第二碾碎件设置于第一活动板或第二活动板上，第二碾碎件贯穿滑槽设置。

进一步的，所述第一活动板与第二活动板一端延伸于动颚基板与定颚基板外侧，且通过连接板与第一活动板及第二活动板的端面连接，连接板通过轴承连接有第二螺杆，第二螺杆另一端穿过颚式破碎机箱体侧壁上的螺孔设置，第二螺杆另一端的端面设有把手。

进一步的，所述第一碾碎件与第二碾碎件的表面均设置有锥齿；所述动颚基板上的第一碾碎件与定颚基板上的第一碾碎件的位置为交错设置。

进一步的，所述缓冲组件包括连接杆，连接杆一端铰接于动颚板组件下端，连接杆另一端贯穿挡板且与弹簧相连，所述弹簧一端套设于连接杆上而另一端连接于箱体侧壁上，所述挡板为活动套设于连接杆设置，挡板底部设置有限位块，所述颚式破碎机箱体底板上成对设置有多组限位板，每组限位板均为间隔设置且中间间隔形成限位滑槽将限位块进行限位。

进一步的，所述限位板一端延伸至箱体侧壁的出料口处，出料口处设置有收料框，收料框为抽屉式结构且收料框底部也设置有限位块配合限位板形成的限位滑槽将收料框进行限位。

进一步的，所述进料口处一侧设置有第一斜板而另一侧设置有第二斜板，第一斜板与第二斜板相对设置将进料口由上至下逐渐收窄；所述第二斜板上端铰接于箱体侧壁上而下端铰接有第一螺杆，第一螺杆另一端贯穿箱体侧壁上的螺孔且在尾端端面处设置有把手。

另外，本发明还公布了基于物联网的材料制备分析实验设备的控制系统，包括以下步骤：

A、样品计量并计数：在多组样品的样品对比实验中，每组样品依次轮流进行操作，通过分析天平将第一组样品进行称量，分析天平通过通信模块将第一组的计量数据传输到电脑或手机等终端，随后可接续测量第二组样品直至所有组测完；

B、样品粉碎：第一组样品经过分析天平测量完成后即可通过机械手批量送至颚式破碎机进行粉碎，并根据第一组样品的粗细通过调节第二螺杆调节动颚基板与定颚基板上的碾碎组件的疏密，随后重复进行各组样品的粉碎操作，其中需根据需要调节碾碎组件的疏密，并将各组粉碎操作的时间记录并传输到终端；

C、样品转运及设备预调节：完成粉碎的各组样品通过机械手实现依次批量的转运送至下一环节研磨机处进行研磨，其中根据需要预先调节三辊研磨机的间距；

D、样品研磨：每一组样品经颚式破碎机粉碎后即可送至间距可调式三辊研磨机进行研磨，随后继续调节研磨间距重复进行其它各组的样品研磨操作，连续的将多组样品轮流快速完成研磨，并将各组研磨所需的时间记录并传输到终端；

E、热处理设备预启动：当样品进行研磨的过程中，三辊研磨机的启动信号传输给热处理箱式电炉设备，激活热处理设备提前进行预启动；

F、样品热处理：将完成研磨的样品物料通过机械手实现批量的转运送至热处理设备处，此时热处理箱式电炉设备已经完成预热，可直接进行热处理操作；

G、样品成型：经过热处理的样品通过机械手依次被送入到粉末压片机进行压料成型，将各组样品压制成型的压力分别记录并传输到终端汇总保存。

本发明的有益效果：

本发明技术方案基于物联网实验设备可将各个环节的实验数据及时的传输到电脑或手机等终端进行保存，也大幅减少了重复性实验人工处理大量数据的任务量。同时通过关键设备采用可调式的粉碎装置与研磨装置，可根据不同样品的实验需要，提前预设好装置参数，当一组样品完成上一步实验操作后，可依次送入已设置完成的粉碎和研磨装置，只需一套成系列的设备即可完成不同样品的整个制备分析的流程；并且各设备之间通过样品转移机械手进行连接，实现自动化的样品批量转运，相对于人工搬运转移容易发生磕碰损坏以及存在劳动量大等问题，通过机械手转运不仅能够满足大量样品的分批次转运，并且更加稳定，也有利于减轻实验操作人员的劳动，能够有效提高实验的效率。

针对关键性的粉碎装置所采用的颚式破碎机，本发明进行多项针对性的改进，首先为了实现颚式破碎机的碾碎组件的疏密可调，以便扩宽破碎的功能，并进一步提高破碎速度，实现更加精细化的破碎操作，将碾碎组件的第二碾碎件设计为活动式结构，并且可收纳进入第一碾碎件内，从而实现碾碎组件的间距疏密的调节。

具体为第一碾碎件侧壁开设有凹槽，可将第二碾碎件进行限位收纳，而第二碾碎件分别通过第一活动板或第二活动板安装于动颚基板或定颚基板上，第一活动板与第二活动板通过连接板相连，连接板上设置有第二螺杆，第二螺杆穿过箱体侧壁的螺孔设置，即可通过拧动第二螺杆将第一活动板与第二活动板进行推移，带动第二碾碎件进行位移，从而将第二碾碎件收纳进入第一碾碎件内，完成碾碎件数量的增减，或者调节碾碎件之间的间距。而动颚基板与定颚基板整体可通过螺栓进行固定安装，便于进行拆卸与清理。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明的物联网控制实验流程示意图。

图2为本发明的颚式破碎机的整体结构示意图。

图3为本发明的颚式破碎机的进料口的示意图。

图4为本发明的颚式破碎机内部结构示意图。

图5为本发明的缓冲组件的结构示意图。

图6为本发明的碾碎组件的结构示意图。

图7为本发明的第一碾碎件与第二碾碎件的位置示意图。

图中所述文字标注表示为： 1、颚式破碎机；2、电机；3、皮带轮组件；4、收料框；5、把手；6、第一螺杆；7、进料口；8、第一斜板；9、第二斜板；10、第二螺杆；11、出料口；12、动颚基板；13、动颚板组件；14、偏心轴；15、第一碾碎件；16、第二碾碎件；17、第一活动板；18、第二活动板；19、连接板；20、定颚基板；21、弹簧；22、连接杆；23、限位板；24、挡板；25、滑槽；26、限位块。

具体实施方式

以下通过实施例进一步对本发明做出阐释。

基于物联网的材料制备分析实验设备，包括集成有物联网模块的分析天平、颚式破碎机1、间距可调式三辊研磨机以及粉末压片机，分析天平用于样品计量，颚式破碎机1用于样品粉碎，三辊研磨机用于样品研磨，以及粉末压片机用于样品成型，物联网模块包括传感器节点模块、 RFID模块以及通信模块，其特征在于，所述颚式破碎机1包括箱体，箱体顶部开设有进料口7而其侧壁下部开设有出料口11，进料口7下方设置有颚式破碎机构，颚式破碎机构包括固定设置于箱体内壁上的定颚基板20，定颚基板20一旁设置有与之相对的动颚板组件13，动颚板组件13上部由偏心轴14进行支撑安装，偏心轴14通过皮带轮组件3与电机2相连，所述动颚板组件13下部与箱体内壁之间设置有缓冲组件；所述动颚板组件13包括动颚基板12，动颚基板12与定颚基板20上均设置有碾碎组件，所述碾碎组件包括交叉排列设置的第一碾碎件15与第二碾碎件16，第二碾碎件16为活动设置且可收纳于第一碾碎件15内。

优选的，请参照图3、4、5、6所示，所述第一碾碎件15为块状结构且其一侧壁开设有凹槽，所述第二碾碎件16活动设置于动颚基板12或定颚基板20上，第二碾碎件16为块状结构且可收纳于第一碾碎件15侧壁的凹槽内。所述动颚基板12或定颚基板20内部均为中空结构且内部分别活动设置有第一活动板17与第二活动板18，动颚基板12或定颚基板20表面阵列开设有滑槽25，滑槽25与第一碾碎件15侧壁的凹槽连通，所述第二碾碎件16设置于第一活动板17或第二活动板18上，第二碾碎件16贯穿滑槽25设置。所述第一活动板17与第二活动板18一端延伸于动颚基板12与定颚基板20外侧，且通过连接板19与第一活动板17及第二活动板18的端面连接，连接板19通过轴承连接有第二螺杆10，第二螺杆10另一端穿过颚式破碎机1箱体侧壁上的螺孔设置，第二螺杆10另一端的端面设有把手5。所述第一碾碎件15与第二碾碎件16的表面均设置有锥齿；所述动颚基板12上的第一碾碎件15与定颚基板20上的第一碾碎件15的位置为交错设置。

优选的，请参照图3、4所示，所述缓冲组件包括连接杆22，连接杆22一端铰接于动颚板组件13下端，连接杆22另一端贯穿挡板24且与弹簧21相连，所述弹簧21一端套设于连接杆22上而另一端连接于箱体侧壁上，所述挡板24为活动套设于连接杆22设置，挡板24底部设置有限位块26，所述颚式破碎机1箱体底板上成对设置有多组限位板23，每组限位板23均为间隔设置且中间间隔形成限位滑槽将限位块26进行限位。所述限位板23一端延伸至箱体侧壁的出料口11处，出料口11处设置有收料框4，收料框4为抽屉式结构且收料框4底部也设置有限位块26配合限位板23形成的限位滑槽将收料框4进行限位。

收料框4的设置不仅能够通过其前面板将出料口11进行遮蔽，提高颚式破碎机1的封闭程度，配合吸尘装置能够更高效的将粉碎过程产生的粉尘进行吸收；而被破碎的物料通过收料框4进行收集也能方便直接转运到下一环节。

优选的，请参照图3、4所示，所述进料口7处一侧设置有第一斜板8而另一侧设置有第二斜板9，第一斜板8与第二斜板9相对设置将进料口7由上至下逐渐收窄；所述第二斜板9上端铰接于箱体侧壁上而下端铰接有第一螺杆6，第一螺杆6另一端贯穿箱体侧壁上的螺孔且在尾端端面处设置有把手5。通过第一螺杆6可调节第二斜板9的倾斜角度，进而调节进料口7处进料通道的大小，满足不同粗细大小的物料的下料，第二斜板9也能对滚落的物料起到阻挡缓冲作用，防止对碾碎组件造成较大的冲击。

另外，本发明还公布了基于物联网的材料制备分析实验设备及控制系统，包括以下步骤：

A、样品计量并计数：在多组样品的样品对比实验中，每组样品依次轮流进行操作，通过分析天平将第一组样品进行称量，分析天平通过通信模块将第一组的计量数据传输到电脑或手机等终端，随后可接续测量第二组样品直至所有组测完；

B、样品粉碎：第一组样品经过分析天平测量完成后即可通过机械手批量送至颚式破碎机1进行粉碎，并根据第一组样品的粗细通过调节第二螺杆10调节动颚基板12与定颚基板20上的碾碎组件的疏密，随后重复进行各组样品的粉碎操作，其中需根据需要调节碾碎组件的疏密，并将各组粉碎操作的时间记录并传输到终端；

C、样品转运及设备预调节：完成粉碎的各组样品通过机械手实现依次批量的转运送至下一环节研磨机处进行研磨，其中根据需要预先调节三辊研磨机的间距。

D、样品研磨：每一组样品经颚式破碎机1粉碎后即可送至间距可调式三辊研磨机进行研磨，随后继续调节研磨间距重复进行其它各组的样品研磨操作，连续的将多组样品轮流快速完成研磨，并将各组研磨所需的时间记录并传输到终端；

E、热处理设备预启动：当样品进行研磨的过程中，三辊研磨机的启动信号传输给热处理箱式电炉设备，激活热处理设备提前进行预启动；

F、样品热处理：将完成研磨的样品物料通过机械手实现批量的转运送至热处理设备处，此时热处理箱式电炉设备已经完成预热，可直接进行热处理操作；

G、样品成型：经过热处理的样品通过机械手依次被送入到粉末压片机进行压料成型，将各组样品压制成型的压力分别记录并传输到终端汇总保存。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.基于物联网的材料制备分析实验设备，包括集成有物联网模块的分析天平、颚式破碎机（1）、间距可调式三辊研磨机、热处理箱式电炉以及粉末压片机，分析天平用于样品计量，颚式破碎机（1）用于样品粉碎，三辊研磨机用于样品研磨，以及粉末压片机用于样品成型，物联网模块包括传感器节点模块、 RFID模块以及通信模块，其特征在于，所述颚式破碎机（1）包括箱体，箱体顶部开设有进料口（7）而其侧壁下部开设有出料口（11），进料口（7）下方设置有颚式破碎机构，颚式破碎机构包括固定设置于箱体内壁上的定颚基板（20），定颚基板（20）一旁设置有与之相对的动颚板组件（13），动颚板组件（13）上部由偏心轴（14）进行支撑安装，偏心轴（14）通过皮带轮组件（3）与电机（2）相连，所述动颚板组件（13）下部与箱体内壁之间设置有缓冲组件；所述动颚板组件（13）包括动颚基板（12），动颚基板（12）与定颚基板（20）上均设置有碾碎组件，所述碾碎组件包括交叉排列设置的第一碾碎件（15）与第二碾碎件（16），第二碾碎件（16）为活动设置且可收纳于第一碾碎件（15）内。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的材料制备分析实验设备，其特征在于，所述第一碾碎件（15）为块状结构且其一侧壁开设有凹槽，所述第二碾碎件（16）活动设置于动颚基板（12）或定颚基板（20）上，第二碾碎件（16）为块状结构且可收纳于第一碾碎件（15）侧壁的凹槽内。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的材料制备分析实验设备，其特征在于，所述动颚基板（12）或定颚基板（20）内部均为中空结构且内部分别活动设置有第一活动板（17）与第二活动板（18），动颚基板（12）或定颚基板（20）表面阵列开设有滑槽（25），滑槽（25）与第一碾碎件（15）侧壁的凹槽连通，所述第二碾碎件（16）设置于第一活动板（17）或第二活动板（18）上，第二碾碎件（16）贯穿滑槽（25）设置。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的材料制备分析实验设备，其特征在于，所述第一活动板（17）与第二活动板（18）一端延伸于动颚基板（12）与定颚基板（20）外侧，且通过连接板（19）与第一活动板（17）及第二活动板（18）的端面连接，连接板（19）通过轴承连接有第二螺杆（10），第二螺杆（10）另一端穿过颚式破碎机（1）箱体侧壁上的螺孔设置，第二螺杆（10）另一端的端面设有把手（5）。

5.根据权利要求3所述的基于物联网的材料制备分析实验设备，其特征在于，所述第一碾碎件（15）与第二碾碎件（16）的表面均设置有锥齿；所述动颚基板（12）上的第一碾碎件（15）与定颚基板（20）上的第一碾碎件（15）的位置为交错设置。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的材料制备分析实验设备，其特征在于，所述缓冲组件包括连接杆（22），连接杆（22）一端铰接于动颚板组件（13）下端，连接杆（22）另一端贯穿挡板（24）且与弹簧（21）相连，所述弹簧（21）一端套设于连接杆（22）上而另一端连接于箱体侧壁上，所述挡板（24）为活动套设于连接杆（22）设置，挡板（24）底部设置有限位块（26），所述颚式破碎机（1）箱体底板上成对设置有多组限位板（23），每组限位板（23）均为间隔设置且中间间隔形成限位滑槽将限位块（26）进行限位。

7.根据权利要求6所述的基于物联网的材料制备分析实验设备，其特征在于，所述限位板（23）一端延伸至箱体侧壁的出料口（11）处，出料口（11）处设置有收料框（4），收料框（4）为抽屉式结构且收料框（4）底部也设置有限位块（26）配合限位板（23）形成的限位滑槽将收料框（4）进行限位。

8.根据权利要求1所述的基于物联网的材料制备分析实验设备，其特征在于，所述进料口（7）处一侧设置有第一斜板（8）而另一侧设置有第二斜板（9），第一斜板（8）与第二斜板（9）相对设置将进料口（7）由上至下逐渐收窄；所述第二斜板（9）上端铰接于箱体侧壁上而下端铰接有第一螺杆（6），第一螺杆（6）另一端贯穿箱体侧壁上的螺孔且在尾端端面处设置有把手（5）。

9.根据权利要求1-8任一项所述的基于物联网的材料制备分析实验设备的控制系统，其包括以下步骤：

A、样品计量并计数：在多组样品的样品对比实验中，每组样品依次轮流进行操作，通过分析天平将第一组样品进行称量，分析天平通过通信模块将第一组的计量数据传输到电脑或手机等终端，随后可接续测量第二组样品直至所有组测完；

B、样品粉碎：第一组样品经过分析天平测量完成后即可通过机械手批量送至颚式破碎机（1）进行粉碎，并根据第一组样品的粗细通过调节第二螺杆（10）调节动颚基板（12）与定颚基板（20）上的碾碎组件的疏密，随后重复进行各组样品的粉碎操作，其中需根据需要调节碾碎组件的疏密，并将各组粉碎操作的时间记录并传输到终端；

C、样品转运及设备预调节：完成粉碎的各组样品通过机械手实现依次批量的转运送至下一环节研磨机处进行研磨，其中根据需要预先调节三辊研磨机的间距；

D、样品研磨：每一组样品经颚式破碎机（1）粉碎后即可送至间距可调式三辊研磨机进行研磨，随后继续调节研磨间距重复进行其它各组的样品研磨操作，连续的将多组样品轮流快速完成研磨，并将各组研磨所需的时间记录并传输到终端；

E、热处理设备预启动：当样品进行研磨的过程中，三辊研磨机的启动信号传输给热处理箱式电炉设备，激活热处理设备提前进行预启动；

F、样品热处理：将完成研磨的样品物料通过机械手实现批量的转运送至热处理设备处，此时热处理箱式电炉设备已经完成预热，可直接进行热处理操作；

G、样品成型：经过热处理的样品通过机械手依次被送入到粉末压片机进行压料成型，将各组样品压制成型的压力分别记录并传输到终端汇总保存。

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