滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置及方法与流程

本发明属于颗粒物料休止角的测量领域，具体涉及一种滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置及采用该测量装置在线测量休止角的方法。

背景技术：

颗粒态在自然界广泛存在，颗粒尺度在1×10^-6～1×10⁴m范围的物质都可称为颗粒物质，所以生活中沙石、浮冰、矿石、粮食以及药品都可称为颗粒物质。材料在外力作用和内部应力状况变化时会发生的类似于流体的运动状态。

休止角是来描述颗粒物质流动性的重要指标，它与颗粒物质粒径、形状、密度、混合率、含水量等因素有关，因此，在干燥、抛光、混合等工业加工过程中，通过在线测量滚筒内颗粒物质的休止角变化，就可以实时掌握物料加工情况，具有非常重要的应用价值。

目前，对于休止角的测量主要有休止角测定仪和图像法。采用休止角测定仪测量休止角是标准测量方法，但是该方法只能测量静态休止角，无法在线测量。而图像法只适用于透明的滚筒，且测量系统较复杂，价格昂贵，误差比较大。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种操作简单，误差较小，能够对休止角进行在线测量的滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置及方法。

本发提供了一种滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置，安装在滚筒式粉碎机的滚筒的下方，用于在线测量滚筒式粉碎机中颗粒物料的休止角，其特征在于，包括：支撑部，设置在滚筒的下方，包括支撑平台以及设置在支撑平台上的支撑架；测量部，设置在支撑部上并与滚筒的外壁接触，包括与支撑部固定连接的支座、一端与支座转动连接的支撑梁以及设置在支撑梁的另一端并与支撑梁固定连接的称重传感器，该称重传感器的底部与支撑部连接；计算部，与测量部连接，用于接收测量部的压力信号并根据压力信号计算出休止角，其中，滚筒与支撑梁接触。

在本发明的滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置中，还可以具有这样的特征：其中，称重传感器为压缩型称重传感器。

在本发明的滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置中，还可以具有这样的特征：其中，支撑梁为工字梁。

在本发明的滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置中，还可以具有这样的特征：其中，支座与支撑梁的一端的连接方式为枢轴连接。

本发明还提供了一种滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量测量方法，采用上述滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置进行测量，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将待粉碎物料装入滚筒中，得到物料的填充度f；步骤二，开启电机，使滚筒匀速转动；步骤三，称重传感器测得支撑梁一端的压力W；步骤四，根据公式

$f=\frac{(\mathrm{\θ}-\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\θ})}{\mathrm{\π}}$

算出θ和并根据公式

$\mathrm{\α}={\sin }^{-1}\left\{\frac{3(Mgz+M_{D}gp-Wy)(\mathrm{\θ}-sin\mathrm{\θ}cos\mathrm{\θ})}{2{\mathrm{MgRsin}}^3\mathrm{\θ}}\right\}$

计算出颗粒物料的休止角α，R为滚筒的半径，M为滚筒中颗粒物料的质量，M_D为支撑平台上所有部件的总质量，g为重力加速度，z为支座到滚筒中心的水平距离，p为支撑平台上所有部件的整体的重心与支座的水平距离，y为称重传感器到支座的水平距离。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置及方法，由于具有支撑部、测量部和计算部，测量部中支座固定连接在支撑部上，支撑梁的一端与支座转动连接，支撑梁的另一端与称重传感器固定连接，并且滚筒与支撑梁接触，这样支撑梁就形成一根杠杆，当滚筒转动时，称重传感器能够在线获得支撑梁另一端压力信号，计算部能够接收压力信号并根据压力信号计算出休止角。所以，本发明的滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置不仅结构简单，易于操作，而且能够在线、实时和快速地测量出滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角，测量误差小。

附图说明

图1是本发明的实施例中滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置的结构示意图；

图2是本发明的实施例中滚筒内颗粒物质的重心变化示意图；

图3是本发明的实施例中称重传感器的压力-时间曲线；以及

图4是本发明的实施例中在滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置的测量原理图。

具体实施案例

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置及方法作具体阐述。

图1是本发明的实施例中滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置的结构示意图。

如图1所示，在本实施例中，滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置100安装在滚筒式粉碎机的滚筒200的下方，用于在线测量滚筒式粉碎机中颗粒物料的休止角。滚筒200具有为滚筒200提供稳定转速的皮带构件210和为皮带构件提供动力的电机(图中未显示)。滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置100包括支撑部10、测量部20以及计算部30。

支撑部10设置在滚筒200的下方，它包括设置在地面上的支撑平台11和设置在支撑平台11上的支撑架12。

支撑平台11由混凝土浇筑而成，用来对滚筒200进行支撑。

支撑架12通过螺栓与支撑平台11连接，用来固定滚筒200。在本实施例中，支撑架12为采用铝合金制成的框架结构。

测量部20设置在支撑架12上并与滚筒200的外壁接触，它包括支座21、支撑梁22以及称重传感器23。

支座21通过螺栓与支撑架12连接，用来为支撑梁22提供支点，它是由不锈钢材料制成。

支撑梁22的右端与支座21枢轴连接，支撑梁22的中部与滚筒200接触，这样，支撑梁22就形成了以支座21为支点的杠杆，在本实施例中，支撑梁22为工字梁，它由铝合金材料制成。

称重传感器23与支撑梁22的左端的下部通过螺栓连接，它能够测量支撑梁22的左端受到的压力从而产生压力信号，在本实施例中，称重传感器23为压缩型称重传感器，具体为型号是13/2443-06的Sensotec传感器23。

计算部30与Sensotec传感器23通信连接，用来接收Sensotec传感器23的压力信号并根据该压力信号计算出物料颗粒的休止角，在本实施例中，计算部30为计算机30。

图2是本发明的实施例中滚筒内颗粒物质的重心变化示意图。

图3是本发明的实施例中称重传感器的压力-时间曲线。

如图2、3所示，当滚筒200旋转时，颗粒物料随着滚筒向上运动，重心向右侧移动，力矩减小，称重传感器测量值减小，当表面AB与水平面到达一定倾斜角α₂时，颗粒物料发生崩塌，颗粒物质的重心位置快速向左侧运动，力矩变大，称重传感器测量中变大。最后崩塌结束，休止角回到一个较小值α₁。

图4是本发明的实施例中在滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置的测量原理图。

如图4所示，支撑梁22的左端的下部设置有重力传感器23，右端与支座21枢轴连接，这样支撑梁22形成一根杠杆。

结合图4，本实施例的滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量方法包括以下步骤：

步骤一，将已知体积的待粉碎的物料装入滚筒200中，得到颗粒物料的填充度f(物料体积与滚筒200的体积之比)。根据几何关系得到如下关系式：

$f=\frac{(\mathrm{\θ}-\sin \mathrm{\θ}cos\mathrm{\θ})}{\mathrm{\π}}$

根据该关系式，可以得出θ，进一步计算出颗粒物料的上端点A、下端点B与滚筒200中心O之间的夹角2θ，同时由图4可知，滚筒200中颗粒物料的重心G到滚筒中心O的距离d_OG，根据几何关系得到如下关系式：

$d_{OG}=\frac{2{\mathrm{Rsin}}^2\mathrm{\θ}}{3\mathrm{\π}f}$

其中，R为滚200的半径。

步骤二，开启电机，使滚筒200匀速转动。

步骤三，Sensotec传感器23测出支撑梁22左端的压力W，又由于支撑梁符合杠杆原理，可得如下关系式：

Wy＝Mg(z-x)+M_Dgp

其中，M为滚筒200中颗粒物料的质量，M_D为支撑平台11上的支撑架12、支座21、支撑梁22、称重传感器23以及滚筒200的总质量，g为重力加速度，z为支座21到滚筒中心O的水平距离，p为支撑平台11上的支撑架12、支座21、支撑梁22、称重传感器23以及滚筒200整体的重心与支座21的水平距离，y为称Sensotec传感器23到支座21的水平距离。

又由几何关系可得关系式：

x＝d_OGsinα

从而得到颗粒物料的休止角α：

$\mathrm{\α}={\sin }^{-1}\left\{\frac{3(Mgz+M_{D}gp-Wy)(\mathrm{\θ}-sin\mathrm{\θ}cos\mathrm{\θ})}{2{\mathrm{MgRsin}}^3\mathrm{\θ}}\right\}$

最后，由计算机30计算出休止角α。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置，由于具有支撑架、称重传感器和计算机，测量部中支座固定连接在支撑部上，支撑梁的一端与支座转动连接，支撑梁的另一端与Sensotec传感器固定连接，并且滚筒与支撑梁接触，这样支撑梁就形成一根杠杆，当滚筒转动时，Sensotec传感器能够在线获得支撑梁另一端压力信号，计算机能够接收压力信号并根据压力信号计算出休止角。所以，本实施例的滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置不仅结构简单，易于操作，而且能够在线、实时和快速地测量出滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角，测量误差小。

另外，在本实施例中，由于使用压缩型称重传感器中的Sensotec传感器对支撑梁的一端的压力进行测量，根据该压力和计算机计算能够得到颗粒物料的休止角，克服了其它部件对测量的影响，减小了误差，精确度更高。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。