一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置的制作方法

1.本发明涉及固废综合利用领域，具体涉及一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置。


背景技术：

2.煤炭资源作为我国的主要能源，在我国的能源结构中占有重要位置，随着煤炭开采和清洁工艺的不断发展，煤炭开采和洗选过程中产生了大量的煤矸石。煤矸石作为煤炭开拓掘进、开采和洗选加工过程的副产物，是我国排放量最大的大宗工业固体废弃物之一，每年的产生量已超过6～7亿吨，除了部分回填采空区外，实际产生量大约3～4亿吨。煤矸石中，石英、粘土矿物等矿物质不仅化学组成不同，而且不同矿物的密度、硬度(如莫氏硬度)、颗粒大小和粒度组成、力学性质(抗压强度、抗拉强度、抗折强度、剪切变形应力强度)、内生节理和裂隙的发育程度等均有所不同。显然，可以通过合适的筛分和破碎方法，使不同的矿物分别集中或者富集于一定粒级组成的物料中，进而采用合理的分选技术，使得煤矸石中各种矿物或者组分分选开来，从而达到分级分质的目的。
3.因此，在进行煤矸石资源化综合利用时就需要对煤矸石进行分级分质处理，往往需要将煤矸石等固废破碎成细小颗粒，用于进一步的实验及精细研磨，基于不同物质在煤矸石中的赋存状态不同，所需要的煤矸石粒径是不同的，所以需要对煤矸石进行选择性破碎和分级筛选研究。而现有的破碎装置大多属于煤炭加工领域，不能够满足实验要求。如辽宁工程技术大学的发明专利一种用于破碎煤矸石的自动筛分装置 (cn106824385b)，能够根据需求调节煤矸石的破碎精度和筛分速度，但其不适合应用于实验室样品的处理。如武汉中理环保科技有限公司的发明专利一种用于煤矸石分选的破碎装置(cn103433106b)，济宁市景昊机械制造有限公司的发明专利煤矸石破碎机(cn206868328u)都属于破碎机设备领域，不能够进行煤矸石的选择性破碎。虽然市面上已经有一部分产品，但是普遍存在体积大、使用不方便、设备清洗困难等问题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置，包括进料斗、设置于进料斗下部并与进料斗连通的柜体，所述柜体内由上至下设置研磨辊轴组、分级筛；所述柜体底部设置主控器，所述柜体外部设置与主控器连接的显示面板及控制开关；所述分级筛设置为多层，每层分级筛均设置于抽拉式出料仓内；所述研磨辊轴组两端分别设置与柜体侧壁可调节连接的间距调节装置。
5.进一步地，所述研磨辊轴组包括由上至下设置的三排辊轴组，每排辊轴组均设置两个或两个以上辊轴，所述辊轴为横条齿轮状的辊轴，所述间距调节装置设置于每个辊轴的两端。
6.进一步地，所述辊轴直径由上至下逐渐减小，所述辊轴数量由上至下逐渐增加。
7.进一步地，所述间距调节装置包括设置于辊轴两端的轴端座，所述柜体上设置与
轴端座对应的横向调节孔，所述轴端座一端通过轴承与辊轴端部转动连接，另一端穿出横向调节孔，所述轴端座位于横向调节孔内外两侧的部分上均设置锁紧螺母。
8.进一步地，所述辊轴一端伸出柜体后连接驱动电机。
9.进一步地，所述柜体内右上至下设置第一层框架、第二层框架以及底座，所述第一层框架四角处通过第一支柱与第二层框架连接，所述第二层框架四角处通过第二支柱与底座四角处连接，所述第一层框架与第二层框架之间设置物料出料腔，所述研磨辊轴组设置于物料出料腔内，所述分级筛设置于第二层框架与底座之间。
10.进一步地，所述物料出料腔侧壁上设置与横向调节孔对应的内调节孔。
11.进一步地，所述第二支柱之间设置与抽拉式出料仓抽出方向对应的导向板。
12.进一步地，所述主控器包括主控电路、电源转换电路、过零检测电路、斩波调速电路、按键与指示灯电路以及数据存储电路；所述主控电路选择stm32f030c8t6作为主控制芯片；所述电源转换电路选择 ncp1117芯片将5v的外部电压转换为装置内部控制所需要的3.3v；所述的过零检测电路包括pc817光电耦合器、二极管；所述斩波调速电路包括moc3041光电耦合器、二极管；所述转速显示电路包括led数字显示数码管、控制led数字显示数码管的tm1638芯片、led工作指示灯；所述存储电路选择24c02的 eeprom数据存储芯片。
13.进一步地，所述控制开关包括电源总开关、电机动力开关。
14.采用以上方案后，本发明具有如下优点：本发明使煤矸石在辊轮的旋转挤压的作用下破碎，通过出料口进入不同孔径的样品分级筛进行分级筛分，三层分样筛的孔径依次由大到小，达到煤矸石的选择性破碎和分级分质的目的。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解的是，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
16.图1是本发明一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置的外部结构示意图。
17.图2是本发明一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置中横向调节孔的结构示意图。
18.图3是本发明一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置的内部结构示意图。
19.图4是本发明一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置中研磨辊轴组的结构示意图。
20.图5是本发明一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置中间距调节装置的结构示意图。
21.图6是本发明一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置中辊轴的结构示意图。
22.图7是本发明一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置中主控系统电路原理图。
23.图8是本发明一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置中电源转换模块。
24.图9是本发明一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置中过零检测模块。
25.图10是本发明一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置中线性模组交流斩波
模块。
26.图11是本发明一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置中转速显示与指示灯。
27.图12是本发明一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置中eeprom存储模块。
28.图13是本发明一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置具体使用案例中样品粒径示意图。
29.图14是本发明一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置具体使用案例中破碎筛后样品粒径示意图。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
31.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
33.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
35.在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。
36.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.实施例
38.结合附图1，本实施例公开了一种用于实验检测的煤矸石破碎与筛分装置，包括进料斗1、设置于进料斗1下部并与进料斗1连通的柜体2，柜体2内由上至下设置研磨辊轴组3、分级筛4；柜体1底部设置主控器5，柜体1外部设置与主控器5连接的显示面板6及控制开关7；控制开关包括电源总开关、电机动力开关、辊轮旋转调速开关；显示面板主要显示辊轮的
旋转速度、初始进入煤矸石分级筛的粒径值等信息。
39.结合附图4，研磨辊轴组3包括由上至下设置的三排辊轴组，每排辊轴组均设置两个或两个以上辊轴 301，同时，本实施例中辊轴301直径由上至下逐渐减小，辊轴301数量由上至下逐渐增加，结合附图6，本实施例中的辊轴301为横条齿轮状的辊轴，能够增加破碎煤矸石的咬合力，从上到下三排辊轮构成煤矸石的三级破碎系统，能够逐级破碎煤矸石；间距调节装置9设置于每个辊轴301的两端。
40.结合附图2、图5，间距调节装置9包括设置于辊轴301两端的轴端座901，柜体2上设置与轴端座 901对应的横向调节孔201，轴端座901一端通过轴承902与辊轴301端部转动连接，另一端穿出横向调节孔201，轴端座901位于横向调节孔201内外两侧的部分上均设置锁紧螺母903；通过调松柜体外部的锁紧螺母，可以使辊轴在横向调节孔内调节，改变辊轴之间的间距；另外，辊轴301其中一端伸出柜体2 后连接驱动电机10。
41.结合附图3、附图4，柜体2内右上至下设置第一层框架11、第二层框架12以及底座13，第一层框架11四角处通过第一支柱14与第二层框架12连接，第二层框架12四角处通过第二支柱15与底座13四角处连接，第一层框架12与第二层框架12之间设置物料出料腔16，研磨辊轴组3设置于物料出料腔16 内，同时，物料出料腔侧壁16上设置与横向调节孔201对应的内调节孔17，方便辊轴的调整，分级筛4 设置于第二层框架12与底座13之间；本发明设备柜体四周第一支柱、第二支柱及底部底座为实芯铁质材料，增加设备结构的稳固性。
42.结合附图1、附图4，分级筛4设置为多层，每层分级筛4均设置于抽拉式出料仓8内；同时，第二支柱15之间设置与抽拉式出料仓8抽出方向对应的导向板18，方便抽拉式出料仓8的安装与拆出。
43.主控器包括主控电路、电源转换电路、过零检测电路、斩波调速电路、按键与指示灯电路以及数据存储电路；
44.结合附图7，本实施例的主控部分由stm32f030c8t6作为主控制芯片，该微控制器是一款32位m0 系列lqfp-48单片机，包含高性能armcortex-m032位risc核心，以48mhz频率运行，含有高速嵌入式存储(256k字节闪存、32k字节sram)；该模块的主要功能是用于煤矸石破碎装置的控制系统，用于控制破碎过程中辊轮的启动、停止、显示、指示灯、数据存储等功能；
45.结合附图8，本实施例的电源转换模块是将5v的电源转换为3.3v用于主控芯片的供电，因为主控芯片的额定电压为3.3v，因此利用ncp1117将5v的外部电压转换为装置内部控制所需要的3.3v，转换电压经过极性电容与非极性电容匹配滤波，吸收电压的高次谐波和扰动，保证电压的稳定输出；
46.结合附图9，本实施例的过零检测模块用于控制辊轮旋转速度过程中，通过斩波可顺利调节辊轮的运动速度，通过二极管构成过零检测电路，当检测到交流电压220v的零点电压时，pc817内的发光二极管导通，给主控芯片提供一个低电平信号，为速度调节提供一个基准点，并根据该基准点进行斩波操作；
47.结合附图10，本实施例的主控芯片获得过零检测信号后，根据按键控制，对波形进行斩波，当启动低速时，主控芯片控制moc3041在低导通角工作，当启动高速时，主控芯片控制moc3041在高导通角工作，还可根据实际需求设置参数，使得破碎工作在所需要的导通角下斩波。根据斩波调速可顺利将煤矸石破碎，再经过主控芯片内部定时操作，根据需要对辊
轮工作的距离进行控制，从而有效的限定了煤矸石破碎的大小和破碎程度，设计中对斩波模块进行了阻容吸收处理，有效保护了装置的安全运动，抑制交流条件下感性负载的瞬态杂波干扰；
48.结合附图11，本实施例的转速显示模块主要用于显示当前电机的档位的调节，转速显示(由导通角进行线性换算后显示)、led工作指示灯构成；
49.结合附图12，本实施例的存储模块通过eeprom将高、中、低档的导通角转速设定初始值，并将该初始值存储，每次启动运行后工作在预设档位速度下，还可根据需要手动调节，并保存转速值，并保存煤矸石破碎粒径的初始值，主控系统根据该初始值进行破碎工作，可手动调节该参数，改变存煤矸石破碎粒径的大小。
50.本实施例在使用时，首先先打开电源开关，再打开电机动力开关，使电机带动辊轮转动，接着经进料口添加煤矸石，大块煤矸石通过一级辊轮破碎后，进入二级辊轮再次破碎，最后通过三级辊轮破碎后由出料腔的出料口进入分级筛分系统，其中可以通过控制系统调整辊轮的运行速度，并且根据煤矸石粒径需求设置调整不同辊轮的间距，从而控制煤矸石的破碎粒径，进行选择性破碎。煤矸石在辊轮的旋转挤压的作用下破碎，通过出料口进入不同孔径的样品分级筛进行分级筛分，三层分样筛的孔径依次由大到小，达到煤矸石的选择性破碎和分级分质的目的。
51.一、具体使用案例
52.对采集的煤矸石样品，进行分级分质破碎，取样品20kg，进行样品的初步粒径分析。
53.表1样品粒径分析
[0054][0055]
表2破碎筛分产品
[0056][0057][0058]
结合表1、表2以及附图13、附图14，通过三级破碎筛分和分选后，样品经过三级破碎后，再经过分选筛分，筛出＜3mm，6-3mm和＞6mm的产品，矸石分级分质的实质，就是借助于选择性破碎方法，首先使得不同组分或者矿物质分别分离和富集，进而采用筛分和物理分选方法，使整体煤矸石得以分选开来。具体到本实例，是通过三级破碎和筛分工艺，借助于煤矸石不同组分和矿物之间的选择性破碎性质差异，使得煤等不同的矿物依据自己的破碎性质差异，分别富集中于一定粒级组成中，进而通过分级筛分和分选方法，将煤矸石分成不同粒径的产品，从而实现煤矸石的分级分质与全组分利用。
[0059]
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术
人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。