一种立式搅拌磨机力学性能测试装置及其测试方法

本发明属于磨矿设备，尤其涉及一种立式搅拌磨机力学性能测试装置及其测试方法。

背景技术：

1、立式搅拌磨机是细磨和超细磨作业中的常用设备，一般包括电机、传动轴、螺旋搅拌轴和筒体等。在立式螺旋搅拌磨机运行过程中，传动轴通过轴承进行支撑和定位，并承受轴向载荷和径向载荷。当载荷超过轴承的允许范围时，将导致轴承损伤、传动精度下降和轴承使用寿命缩短，进而影响传动系统的正常运行。同时，螺旋搅拌轴在物料反作用力下产生挠曲和偏摆，并向传动轴传递不平衡载荷，进而加剧整机振动。

2、在立式搅拌磨机运行过程中，受立式搅拌磨机内部结构和安装条件限制，轴承支撑部位结构紧凑，传感器安装空间不足，在磨机内部无法安装，在不改变原机结构的情况下难以直接测量螺旋搅拌轴偏摆位移数据和轴承承受的偏载。与此同时，各检测装置的测量时间基准和数据采集方式相互独立，难以实现径向载荷、轴向载荷及偏摆位移的同步采集与关联分析。

3、因此，有必要开发一种能够适配不同磨机型号的力学性能测试装置，对轴承径向受力、轴向受力和螺旋搅拌轴偏摆位移进行测量。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种立式搅拌磨机力学性能测试装置及其测试方法，通过设置固定系统、可调式安装系统、磨矿系统、受力监测系统、偏摆位置监测工业相机和数据处理系统，解决了不同规格磨机轴承的受力难以直接测量，轴承受力与螺旋搅拌轴偏摆位移难以同步监测等问题。

2、一方面，本发明提供一种立式搅拌磨机力学性能测试装置，其包括固定系统、可调式安装系统、磨矿系统、受力监测系统、偏摆位置监测工业相机和数据处理系统；

3、固定系统包括电机底座、支撑框架、安装架、丝杠夹持装置和伺服电动缸，支撑框架由四根呈矩形四角布置的立柱和四层横向杆通过螺栓连接组成，电机底座设于支撑框架由下至上的第四层横向杆上；安装架为由四根竖向支杆和设置于竖向支杆顶部的多根横向杆连接组成的矩形框架，竖向支杆的下端与支撑框架的底部横向杆连接；丝杠夹持装置设于安装架的顶部横向杆上，且丝杠夹持装置的夹持中心与传动轴的轴线相对应；伺服电动缸竖直设于支撑框架的下部；

4、丝杠夹持装置包括左右旋梯形丝杠、轴瓦、移动块、联轴器和电机，左右旋梯形丝杠沿水平方向设置，两个移动块分别与左右旋梯形丝杠螺纹传动连接，轴瓦设于移动块朝向传动轴的一侧，电机的输出轴通过联轴器与左右旋梯形丝杠连接，通过驱动左右旋梯形丝杠转动能带动两个移动块相向或背向移动，实现轴瓦对传动轴的夹持或释放；

5、可调式安装系统包括调节电机、齿轮、滑动座、滑台、齿条、三轴导杆气缸、电控换向阀、轴承座夹具、气管和储气罐，两个滑台对称设于支撑框架的两侧，齿条沿竖直方向设于滑台上，滑动座设于滑台的侧面并与滑台滑动连接，调节电机设于滑动座上，且调节电机的输出轴与齿轮连接，齿轮与齿条啮合传动，通过齿轮与齿条的啮合传动能带动滑动座沿滑台上下移动；三轴导杆气缸设于滑动座上，轴承座夹具呈弧形并设于三轴导杆气缸的输出端，通过三轴导杆气缸能带动轴承座夹具夹持或释放轴承座；电控换向阀设于三轴导杆气缸的侧面，储气罐经气管和电控换向阀与三轴导杆气缸连通；

6、磨矿系统包括电机、减速器、联轴器、传动轴、螺旋搅拌轴、螺旋叶片、筒体和支撑板，电机设于电机底座的上端面，且电机依次通过减速器和联轴器与传动轴的上端连接，传动轴的下端借助配对法兰盘通过螺栓与螺旋搅拌轴刚性连接，螺旋搅拌轴与筒体同轴设置，螺旋叶片与螺旋搅拌轴焊接连接；支撑板为方形板件，筒体的底部与支撑板的上端面焊接固定，且支撑板通过螺栓与伺服电动缸的输出端连接，通过驱动伺服电动缸能带动支撑板和筒体上下移动；

7、受力监测系统包括轴承座、应变传感器、轴承、测力环和紧定套组件，轴承座为可剖分的环形座体，轴承座的环形座壁上以60°的周向间隔均匀设有六个安装槽，六个应变传感器分别设于六个安装槽中，并分别与轴承的外圈相贴合，轴承承受的径向载荷传递至六个应变传感器，并通过六个应变传感器采集和输出轴承径向受力信号；紧定套组件设于轴承的内圈与传动轴之间，用于将轴承锁紧于传动轴的预定轴向位置；测力环设于轴承外圈的下方，且测力环的上表面与轴承外圈的下端面相贴合，轴承承受的轴向载荷传递至测力环，并通过测力环采集和输出轴承轴向受力信号；

8、偏摆位置监测工业相机设于筒体的外部，筒体为钢化玻璃透明筒体，且偏摆位置监测工业相机的拍摄端透过筒体的透明筒壁朝向螺旋搅拌轴，其拍摄范围覆盖螺旋搅拌轴，用于采集螺旋搅拌轴的运行图像；

9、数据处理系统分别与六个应变传感器、测力环和偏摆位置监测工业相机连接，用于按照统一的采集时序接收六个应变传感器输出的轴承径向受力信号、测力环输出的轴承轴向受力信号以及偏摆位置监测工业相机采集的螺旋搅拌轴运行图像，并对上述信号和图像进行处理，得到轴承的径向力、轴向力以及螺旋搅拌轴的径向偏摆位移和轴心轨迹。

10、优选地，移动块呈方形结构，轴瓦为设有半圆弧形夹持面的半开式方形凸台，两个轴瓦相对设置，且两个轴瓦的半圆弧形夹持面共同形成与传动轴外周面相适配的夹持孔。

11、优选地，滑台为带有多重滑槽的方形支柱，滑动座为设于滑台侧面的方形带孔板件；调节电机的输出轴与齿轮的毂孔均设有键槽，并通过平键连接，以传递转矩并防止调节电机的输出轴与齿轮发生相对转动。

12、优选地，调节电机、齿轮、滑动座、三轴导杆气缸、电控换向阀和轴承座夹具均设有六个，并对称分布于两个滑台上；电控换向阀上设有气管连接孔，储气罐上设有三个气管连接孔。

13、优选地，紧定套组件包括紧定衬套、锁紧垫圈和锁紧螺母，紧定衬套设于轴承的内圈与传动轴之间，锁紧螺母与紧定衬套螺纹连接，锁紧垫圈设于锁紧螺母与轴承的内圈之间，通过锁紧螺母和锁紧垫圈将轴承锁紧于传动轴上。

14、另一方面，本发明提供一种立式搅拌磨机力学性能测试方法，其包括以下步骤：

15、s1、根据待测磨机的规格，选定传动轴、螺旋搅拌轴和待测磨机轴承，选配与待测磨机轴承规格相匹配的轴承座，以及与待测磨机轴承和传动轴直径相匹配的紧定套组件，并将与传动轴直径相匹配的轴瓦安装于移动块上；

16、s2、将六个应变传感器分别安装于轴承座的六个安装槽中，将待测磨机轴承安装于轴承座上，并将测力环设于待测磨机轴承外圈的下方，使测力环的上表面与轴承外圈的下端面相贴合；

17、s3、启动丝杠夹持装置的电机，通过左右旋梯形丝杠带动两个移动块相向移动，使两个轴瓦夹紧传动轴；

18、s4、将待测磨机轴承和轴承座沿传动轴移动至预定轴向位置，并通过紧定套组件将待测磨机轴承锁紧于传动轴上；

19、s5、启动调节电机，通过齿轮与齿条的啮合传动带动滑动座上下移动，使轴承座夹具移动至与轴承座相对应的位置，控制电控换向阀使三轴导杆气缸带动轴承座夹具夹紧轴承座，并控制丝杠夹持装置释放传动轴；

20、s6、控制伺服电动缸带动支撑板和筒体上升至测试位置，再向筒体中加入研磨球和矿浆；

21、s7、调整偏摆位置监测工业相机的拍摄位置，使偏摆位置监测工业相机的拍摄范围覆盖螺旋搅拌轴，启动磨矿系统的电机，并通过减速器、联轴器和传动轴带动螺旋搅拌轴转动；

22、s8、按照统一的采集时序获取轴承径向受力信号、轴承轴向受力信号和螺旋搅拌轴运行图像，并通过数据处理系统得到待测磨机轴承的径向力、轴向力以及螺旋搅拌轴的径向偏摆位移和轴心轨迹。

23、优选地，步骤s5具体包括以下子步骤：

24、s51、启动调节电机，使齿轮沿齿条运动，并带动滑动座、三轴导杆气缸和轴承座夹具上下移动；

25、s52、使轴承座夹具移动至与轴承座相对应的位置；

26、s53、控制电控换向阀，使储气罐经气管向三轴导杆气缸供气，通过三轴导杆气缸带动轴承座夹具夹紧轴承座；

27、s54、控制丝杠夹持装置的电机反向转动，通过左右旋梯形丝杠带动两个移动块背向移动，使两个轴瓦释放传动轴。

28、优选地，步骤s8具体包括以下子步骤：

29、s81、通过六个应变传感器分别采集轴承不同周向位置的径向受力信号，并将轴承径向受力信号传输至数据处理系统；

30、s82、通过测力环采集沿传动轴轴向竖直向下传递的轴承轴向受力信号，并将轴承轴向受力信号传输至数据处理系统；

31、s83、通过偏摆位置监测工业相机透过筒体的透明筒壁采集螺旋搅拌轴的运行图像，并将螺旋搅拌轴运行图像传输至数据处理系统；

32、s84、数据处理系统按照统一的采集时序处理待测磨机轴承径向受力信号、轴向受力信号和螺旋搅拌轴运行图像，得到待测磨机轴承的径向力、轴向力以及螺旋搅拌轴的径向偏摆位移和轴心轨迹。

33、本发明的有益效果是：

34、本发明采用开放式结构，便于传动轴、螺旋搅拌轴及轴承的安装与更换，为传感器布置和轴承座位置调节提供操作空间，便于开展不同型号磨机的力学性能测试。

35、本发明采用可更换的轴瓦、轴承座和紧定套组件，其中轴瓦与传动轴直径相匹配，轴承座与待测磨机轴承规格相匹配，紧定套组件与待测磨机轴承及传动轴直径相匹配；结合可调式安装系统对轴承座位置的调节，可测量不同型号磨机的轴承在传动轴不同轴向位置处承受的径向力和轴向力，扩大测试装置的适用范围。

36、固定系统中的伺服电动缸可带动筒体上下移动，便于筒体下降后的取出操作；筒体上升至磨矿测试位置后再加入研磨球和矿浆，可避免上升过程中螺旋搅拌轴与研磨球发生干涉，提高筒体取出、装料及测试操作的便捷性。

37、偏摆位置监测工业相机设置于透明筒体外部，可对螺旋搅拌轴的偏摆位移进行非接触测量，减少测量器件对磨矿过程的干涉；数据处理系统对偏摆位置监测工业相机采集的运行图像和应变传感器、测力环采集的轴承受力信号进行同步处理，实现轴承径向力、轴向力与螺旋搅拌轴偏摆位移的同步测量。