一种直线结构自动化浮沉实验装置的制作方法

本发明专利涉及一种对物料进行按照密度进行分层并自动分离出各个密度相应产品的浮沉装备，这种浮沉机装备可广泛应用于煤炭洗选、铁矿石分选、非金属矿的提质等领域。

背景技术：

“富煤贫油少气”的资源禀赋特性，决定了煤炭在我国能源生产和消费结构中的主体地位，致使我国成为世界最大的煤炭生产国和消费国，由于煤炭是一种有机质和无机质组成的复杂混合物，其含有矸石无用成分和其它有害成分，这些成分需要通过选煤处理被分离出来。目前，重选工艺是选煤厂的主要工艺之一，尤其是具有众多突出优势的重介质选煤在选煤中占有主要地位，而在进行选煤厂设计和评价重选效果时需要进行浮沉实验，为确定煤炭分选方法、制定分选工艺流程及选择相应分选设备等提供依据。

所谓浮沉实验是指按照《gbt478-2008煤炭浮沉试验方法》进行，将煤炭煤样用不同密度的重液分成不同密度级，并测定出各个密度级产物的产率及特性。煤炭浮沉实验一般所用氯化锌和水配成的重液作为分离环境，而氯化锌具有挥发性、腐蚀性等特点，对操作人员有害。目前浮沉实验全部需要人工操作完成，工作繁琐且工作效率低下，还可能存在超出实验允许误差的情况；此外，高密度重液很难配制，在寒冷的冬季更是难上加难，而且难以长时间保持配制后重液密度的稳定。特别是当处理煤样多或浮沉煤样量大时，大大增加了人工浮沉实验的劳动强度。因而研发一种对物料进行按照密度进行分层并自动分离出各个密度相应产品的浮沉设备，提高浮沉实验精度、降低人工劳动强度，提高工作效率，对于重选浮沉实验来说具有重要意义，目前国内外对此方面的研究还很少。

技术实现要素：

本发明的目的正是针对当前缺少用于煤炭浮沉实验的自动化浮沉实验设备而提供一种对物料进行按照密度进行分层并分离出各个密度相应产品的自动化浮沉装备，这种自动化浮沉装备尤其适用于矿物重选时浮沉实验，可广泛应用于煤炭洗选、铁矿石分选、非金属矿分选等技术领域。

本发明的目的可通过以下技术措施来实现：

本发明的直线结构自动化浮沉实验装置基于液压传动与自动控制技术采用“一”字式机械结构直线布置，即采用从左至右依次设置在预处理槽与脉石收集槽之间的由低密度级至高密度级设置的若干个密度级装置；所述每个密度级装置均包括外置式的由水浴加热槽外壁和水浴加热槽内壁组成的水水浴加热槽，以及设置在水浴加热槽之内的由浮沉重液桶外壁和浮沉重液桶内壁组成的浮沉重液桶，在每个水浴加热槽的前侧分别设置有浮物收集槽，且在每个浮物收集槽的后侧均设有一组用于实现自动捞取浮物至浮物收集槽的竖直运动液压缸和短程水平运动液压缸，在每个水浴加热槽的外侧分别设有一个用于进行密度时时测定及调整的密度及压力测定传感器；在与短程水平运动液压缸运动方向相垂直、位于脉石收集槽外侧设置一个用于捞取浮沉重液桶中沉物、直至到沉物收集槽中的长程水平运动液压缸；受短程水平运动液压缸和长程水平运动液压缸捞取的浮物和沉物走向呈现垂直关系，其运动方向呈现“└”状，整体结构简单，便于实现自动化及适宜于长方形普通建筑结构实验室中安装和使用。

本发明中所述预处理槽通过预处理槽机架固定安装在位于机架上方的整机支撑板上方的最左端位置，所述脉石收集槽固定安装在整机支撑板的最右端位置；在预处理槽机架与脉石收集槽之间的整机支撑板上由低密度级至高密度级依次安装一号密度级装置、二号密度级装置、三号密度级装置、四号密度级装置、五号密度级装置、六号密度级装置、七号密度级装置，所述浮物收集槽通过螺栓联接分别固定在各个密度级装置前侧的浮物收集槽底座上方；所述竖直运动液压缸通过支撑板固定安装在位于浮物收集槽后侧的支撑底座上，所述短程水平运动液压缸的通过设置在支撑板上的短程水平运动液压缸支撑架固接安装在竖直运动液压缸的上方，且所述竖直运动液压缸、短程水平运动液压缸的运动中心与浮沉重液桶的对称中心共面。

所述长程水平运动液压缸的活塞伸缩杆与用于盛装被分离物料的浮沉漏桶之间通过电气信号控制的脉冲磁力卡盘实现自动连接或断开；所述短程水平运动液压缸的活塞伸缩杆与振动搅拌装置或浮物打捞装置亦通过电气信号控制的脉冲磁力卡盘实现自动连接或断开；所述竖直运动液压缸的活塞伸缩杆与短程水平运动液压缸支撑架的相连接，用于调节短程水平运动液压缸的高度。

本发明的工作原理如下：

（1）采用带有筛网的预选脱泥装置预先脱除煤样中的煤泥，经预处理后的待浮沉物料颗粒便经振动装置给入到浮沉桶之中，经过重液分层分离分别出轻、重产物；轻产物通过与短程水平运动液压缸分别活节相连接的浮物收集装置，将浮沉桶中分离上浮的轻产物实现自动捞取，其捞取深度可根据浮沉桶中重液深度和国标进行设定；等待其中的轻产物被全部捞取之后，重产物则由主要做长程水平运动的液压缸勾起浮沉桶进而提取一定高度后，等待一定时间，其沿直线液压导轨进入到相邻高一层密度级重液容器中，进行按密度分层分离，待轻重产物分离充分后，依次重复……从而实现连续性浮沉过程：给料脱泥——浮沉桶内分层分离——轻产物捞取——重产物捞取——浮沉桶内分层分离——轻产物捞取——重产物捞取——分浮沉桶内分层分离——轻产物捞取——重产物捞取……。水平运动液压缸、竖直运动液压缸均由液压控制装置指挥水平液压装置和竖直液压装置沿液压装置做出相应伸缩动作实现精准水平、竖直运动。实际使用过程中根据对矿物实验处理量的需要设计加工制造浮沉桶和水浴加热槽的形状和尺寸规格等，并可根据需要添减机械结构实现增减相应的密度级数的需要。（本示例示意图中是按照煤炭浮沉实验一般的需要绘制的部分代表机械结构）。

（2）采用压力密度传感器实时测定浮沉桶中重液密度，并通过数据采集线路传输给相邻上一层浮沉桶，借助自动开关的闭合或张开，流经管（耐热耐腐蚀橡胶材料如聚醚醚酮树脂、聚醚醚酮等），实现紧邻上一层高密度浮沉桶中重液流向紧邻一层低密度浮沉桶，当紧邻一层低密度浮沉桶中重液达到预设密度时，传感器控制开关自动闭合，可实现装置密度测定及自动调节。

（3）浮沉桶外围设置均设有水浴加热装置，可根据不同需求加热水浴加热槽中的水，防止重液结晶析出，配合重液密度调整系统来维持浮沉桶内重液浓度基本不变，从而解决高密度级重液密度较难维持的难题，同时亦适合冬季进行浮沉实验。

（4）在浮物分层分离过程中通过振动搅拌装置的搅拌扰动作用，可使漏桶物料中的轻重产物得到快速充分分层分离，其搅拌结构简单，速度可控，不会对已分离轻重产物产生干扰，且节省实验时间，提高实验效率。

（5）漏桶可以通过卡套装置的结构设置产生旋转运动，在进行小浮沉实验时可以启用，这样即可满足国标对小浮沉实验中要求通过离心运动强化细颗粒进一步按密度分离的要求。

本发明的有益效果如下：

（1）采用“一”字式机械结构直线布置主体装置水浴加热装置、浮沉桶和浮物收集槽，从左至右依次对应布置低密度级至高密度级浮沉重液，适宜于长方形建筑实验室，整机结构简单，易于操作，使用维护简便。

（2）基于液压传动与自动控制技术，短程水平运动和长程水平运动液压缸相互配合动作，可分别将每次浮沉完成后的浮物和沉物自动捞取放至相应收集槽中进行下一步处理，自动化程度高，替代了绝大多部分人工操作，降低了人力工作强度，大大提高了浮沉实验效率，且可避免人为引起的实验误差，实验精度高，误差小。

（3）自动浮沉装置处理大，特别是当处理煤样多或浮沉煤样量大时，更显示出其优越性，节约了人力、物力，不仅使浮沉实验更为简单，而且直接降低实验成本。

（4）浮沉实验的主要危险环节，全部由装置控制部分指挥液压部分来完成，从而最大程度上避免浮沉实验过程中挥发性、腐蚀性的重液对人体的伤害，保护实验人员的安全。

（5）采用了水浴加热装置，可轻松实现高密度重液的配制及高密度重液密度的维持，即便在寒冷的冬季或者纬度高的寒冷地区，也可配制并维持高密度重液的密度。

（6）自动浮沉装置实验步骤规范，还能保持实验过程的洁净卫生，避免人工浮沉实验后的脏乱差现象的发生，保证实验室的良好环境。

（7）此装置应用范围广，除用于煤炭浮沉外，当更换重液后还可应用于铁矿石、非金属矿分选等方面的浮沉。

附图说明

图1是本发明的正视结构示意图。

图2是本发明的俯视结构示意图。

图3是本发明的左视结构示意图。

图4是本发明的浮物打捞装置初始状态时俯视图。

图5是本发明的浮物打捞装置初始状态时正视图。

图6是本发明的浮物打捞装置工作状态时俯视图。

图7是本发明的浮物打捞装置工作状态时正视图。

图8是本发明的漏桶搅拌装置俯视图。

图9是本发明的漏桶搅拌装置正视图。

图中序号：1-机架，2-预处理槽机架，3-预处理槽，4-水浴加热槽外壁，5-水浴加热槽内壁，6-浮沉重液桶外壁，7-浮沉重液桶内壁，8-竖直运动液压缸与短程水平运动液压缸支撑板，9-重液动态测定及检测槽，10-竖直运动液压缸外回路，11-竖直运动液压缸内回路，12-竖直运动液压缸内伸缩液压杆，13-短程水平运动液压缸，14-短程水平运动液压缸支架，15-竖直运动液压缸外伸缩液压杆，16-密度及压力测定传感器，17-长程水平运动液压缸，18-长程水平运动液压缸托架，19-脉石（矸石）收集槽，20-整机支撑板，21-七号密度级装置，22-六号密度级装置，23-五号密度级装置，24-四号密度级装置，25-三号密度级装置，26-二号密度级装置，27-一号密度级装置，28-支撑底座，29-短程水平运动液压缸支撑架，30-竖直运动液压缸调节注油孔，31-竖直运动液压缸，32-长程水平运动液压缸支撑板，33-长程水平运动液压缸支架，34-浮物收集槽，35-重液密度调节输送管，36-长程水平运动液压缸伸缩液压杆导轨，37-浮物收集槽底座，38-耐腐蚀塑性弹簧，39-耐腐蚀塑性可伸缩半圆筛板，40-振动搅拌装置端盖，41-振动搅拌装置套，42-振动搅拌装置搅拌棒。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：

如图1、2、3所示，本发明的直线结构自动化浮沉实验装置基于液压传动与自动控制技术采用“一”字式机械结构直线布置，即采用从左至右依次设置在预处理槽3与脉石收集槽19之间的由低密度级至高密度级设置的若干个密度级装置；所述每个密度级装置均包括外置式的由水浴加热槽外壁4和水浴加热槽内壁5组成的水水浴加热槽，以及设置在水浴加热槽之内的由浮沉重液桶外壁6和浮沉重液桶内壁7组成的浮沉重液桶，在每个水浴加热槽的前侧分别设置有浮物收集槽34，且在每个浮物收集槽34的后侧均设有一组用于实现自动捞取浮物至浮物收集槽的竖直运动液压缸31和短程水平运动液压缸13，在每个水浴加热槽的外侧分别设有一个用于进行密度时时测定及调整的密度及压力测定传感器16；在与短程水平运动液压缸13运动方向相垂直、位于脉石收集槽19外侧设置一个用于捞取浮沉重液桶中沉物、直至到沉物收集槽中的长程水平运动液压缸17；受短程水平运动液压缸和长程水平运动液压缸捞取的浮物和沉物走向呈现垂直关系，其运动方向呈现“└”状，整体结构简单，便于实现自动化及适宜于长方形普通建筑结构实验室中安装和使用。

本发明中所述预处理槽3通过预处理槽机架2固定安装在位于机架1上方的整机支撑板20上方的最左端位置，所述脉石收集槽19固定安装在整机支撑板20的最右端位置；在预处理槽机架2与脉石收集槽19之间的整机支撑板20上由低密度级至高密度级依次安装一号密度级装置27、二号密度级装置26、三号密度级装置25、四号密度级装置24、五号密度级装置23、六号密度级装置22、七号密度级装置21，所述浮物收集槽34通过螺栓联接分别固定在各个密度级装置前侧的浮物收集槽底座37上方；所述竖直运动液压缸31通过支撑板8固定安装在位于浮物收集槽34后侧的支撑底座28上，所述短程水平运动液压缸13的通过设置在支撑板8上的短程水平运动液压缸支撑架29固接安装在竖直运动液压缸31的上方，且所述竖直运动液压缸31、短程水平运动液压缸13的运动中心与浮沉重液桶的对称中心共面。

所述长程水平运动液压缸17的活塞伸缩杆与用于盛装被分离物料的浮沉漏桶之间通过电气信号控制的脉冲磁力卡盘实现自动连接或断开；所述短程水平运动液压缸13的活塞伸缩杆与振动搅拌装置或浮物打捞装置亦通过电气信号控制的脉冲磁力卡盘实现自动连接或断开；所述竖直运动液压缸31的活塞伸缩杆与短程水平运动液压缸支撑架29的相连接，用于调节短程水平运动液压缸13的高度。

更具体说，本发明的具体结构、连接方式如下：

首先，将预处理槽机架2通过焊接方式固定在机架1上方整机支撑板20上方最左端位置，预处理槽机架2与其上方设置的预处理槽3通过螺栓方式连接为一体，接着将分别将七号密度级装置21、六号密度级装置22、五号密度级装置23、四号密度级装置24、三号密度级装置25、二号密度级装置26、一号密度级装置27的各个主要组成部件：水浴加热槽4和5、浮沉重液桶6和7、重液动态测定及检测槽9等，依次对应各自密度级装置通过螺栓连接进行安装在整机支撑板20上方，且位于预处理槽机架2的左端。实施时要求从左至右依次安装低密度级至高密度级浮沉重液桶及外部水浴加热槽，水浴加热槽之内设置浮沉桶，二者对称中心线必须重合；且每个密度级水浴加热槽的内侧对应设置浮物收集槽34。

其次，把浮物收集槽34通过螺栓联接分别固定在整机支撑板20各个密度级装置里侧的浮物收集槽底座35上方，分别作为七号密度级装置21、六号密度级装置22、五号密度级装置23、四号密度级装置24、三号密度级装置25、二号密度级装置26、一号密度级装置27的浮物收集装置，浮物收集槽底座37设置在整机支撑板20上方横向中间部位位置并通过螺栓固结。接着将竖直运动液压缸与短程水平运动液压缸支架支撑底座28焊接在整机支撑板20上方各个浮物收集槽34的内侧，再将竖直液压缸与短程水平运动液压缸支撑板8通过焊接固定在竖直运动液压缸与短程水平运动液压缸支架支撑底座28上方，然后竖直运动液压缸与短程水平运动液压缸支撑架29焊接在竖直液压缸与短程水平运动液压缸支撑板8上方，接着将短程水平运动液压缸13及各自附属部件通过用支座式连接方式固定在竖直液压缸与短程水平运动液压缸支撑板8上方，然后将竖直运动液压缸31及各自附属部件通过采用法兰式连接方式进行连接等机械方式固定安装在竖直运动液压缸与短程水平运动液压缸支架支撑底座28上方的支撑板8上方；装配时注意短程水平运动液压缸13和竖直运动液压缸31的运动中心性与浮沉重液桶6和7的对称中心能够共面。

然后，装配脉石（矸石）收集槽19通过焊接方式固定安装在整机支撑板20上方最右端，亦即七号密度级装置21的右侧位置；在此基础上将长程水平运动液压缸托架18通过螺栓固结在整机支撑板20上方和脉石（矸石）收集槽19外侧，然后将长程水平运动液压缸17通过螺栓连接安装在长程水平运动液压缸托架18上方，其与长程水平运动液压缸托架18采用支座式连接方式；接着将长程水平运动液压缸伸缩液压杆导轨36通过焊接方式按照在整机支撑板20上方，安装时注意，导轨中心线需与各个密度级装置的轴对称中心线共面，以保证长程水平运动液压缸以阻力最小状态做往复伸缩运动。

最后，将整机辅助部件如密度及压力测定传感器16安装在重液动态测定及检测槽9最外侧中部预设位置处，便于观察，并将重液密度调节输送管35分别与浮沉重液桶6和7进行连通；另外，使用前需把耐腐蚀塑性弹簧38、耐腐蚀塑性可伸缩半圆筛板39通过不锈钢钢丝安装在图4所示浮物打捞装置中的漏桶内；等所有安装到位后进行调试即可。

本发明基本运动过程为：首先，长程水平运动液压缸17通过脉冲磁力卡盘与浮沉漏桶连接，将盛装有被分离物料的浮沉漏桶准确放置到一号密度级装置27中，随即通过脉冲磁力卡盘断电脱开，而被分离物料在一号密度级装置27中按照密度进行分层、分离；其次，在控制信号作用下，一号密度级装置27相对应竖直运动液压缸31的活塞收缩杆运动到位置，使得一号密度级装置27相对应短程水平运动液压缸13处在适宜高度位置；接着，一号密度级装置27相对应短程水平运动液压缸13的活塞伸缩杆便于在脉冲磁力卡盘带电产生磁力作用下，与浮物打捞装置上设置的铁块相吸而实现连接，进行打捞浮物；紧接着，一号密度级装置27相对应短程水平运动液压缸13再次在相应竖直运动液压缸31的活塞收缩杆运动过程中进行高度调整，使得一号密度级装置27相对应短程水平运动液压缸13高度位置适宜；然后，一号密度级装置27相对应短程水平运动液压缸13的活塞伸缩杆收缩过程中将被分离的物料——浮物送至相对应浮物收集槽34中；最后处在一号密度级装置27中的浮沉漏桶的沉物，通过长程水平运动液压缸17借助脉冲磁力卡盘与浮沉漏桶的再次连接，被送至下二号密度级装置即26，重复上述动作，各密度级浮物被置于相对应浮物收集槽34中，而最后的沉物经长程水平运动液压缸17的运动被送至脉石（矸石）收集槽19，完成一次完整作业，后面各密度级依次重复，直至长程水平运动液压缸17将最高密度级沉物送至脉石（矸石）收集槽19。

本发明涉及长程水平运动液压缸17的活塞伸缩杆与用于盛装被分离物料的浮沉漏桶之间通过电气信号控制脉冲磁力卡盘实现自动连接或断开；竖直运动液压缸31的活塞伸缩杆与短程水平运动液压缸13连接借助于竖直运动液压缸31的活塞伸缩杆与短程水平运动液压缸支撑架29的焊接或短程水平运动液压缸支撑架29处预置法兰相连接；短程水平运动液压缸13的活塞伸缩杆与振动搅拌装置或浮物打捞装置亦通过电气信号控制脉冲磁力卡盘实现自动连接或断开。

本发明所预处理槽3、水浴加热槽、浮沉重液桶、重液动态测定及检测槽9等的形状只是示例，亦可加工成其它形状。

本发明所涉及小浮沉的离心运动主要依靠浮沉桶底座上安装的特殊转动结构实现。本发明所要求运动的部件要求设置传感器件，进行采集其运动状态信息，并经控制中心处理后，进行协调动作，实现自动化浮沉的效果。

本发明所使用材料要求采用耐腐蚀金属材料如、srimc－276、srimb、和耐硫酸腐蚀用高硅不锈钢（ns-80）等。