專利名稱：一種測試球磨機襯板受力的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測試球磨機襯板受力的裝置，該裝置用于粉體制備與加工技術裝
備的負載測量，特別是球磨機內部的載荷信息的測量。
背景技術：
球磨機是物料被破碎之后，再進行粉碎的關鍵設備。它廣泛應用于建筑材料、耐火 材料、電力、化肥、黑有色金屬選礦等生產行業(yè)，對各種礦石和其它可磨性物料進行干式或 濕式粉磨。球磨機消耗我國總發(fā)電的8_10%電能，在礦山企業(yè)與水泥廠中球磨機的電耗占 企業(yè)總電耗的55-70%。雖然近幾年中國的球磨機制造業(yè)有長足發(fā)展和提高，但是其電能 消耗過高，還遠遠不能滿足我國社會發(fā)展和經濟建設的需要。對球磨機襯板的受力進行測 量，從而獲得球磨機的載荷信息，對于了解球磨機的工作特性、降低球磨機的能耗具有重要 意義，但目前還未有此類測試裝置的報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，為適應球磨機節(jié)能降耗的需求，提供一種球磨機襯板受力的 測量裝置，該裝置能夠對受測襯板所承受的工作介質與物料所施加的作用力進行測量，從 而獲取球磨機內部的載荷信息，為改進球磨機的效率提供分析數據。它能夠測量出球磨機 襯板的受力，特別適用于分析球磨機內部的載荷信息，為球磨機離散單元法仿真和理論分 析提供測量數據。
實現本發(fā)明目的所采用的技術方案如下一種測試球磨機襯板受力的裝置，至少
包括徑向力及軸向力測量機構、切向力測量機構、應變片及應變信號處理裝置；徑向力及軸
向力測量機構至少包括徑向傳動桿、球軸承、徑向負載梁及其對應的徑向應變片，徑向應變
片安裝于徑向負載梁上；切向力測量機構至少包括切向傳動桿、徑向傳動桿、球軸承、切向
力負載梁及其對應的切向應變片，切向傳動桿與徑向傳動桿固定連接，切向應變片安裝于
切向負載梁上；徑向傳動桿兩端分別剛性連接球軸承外圈和球磨機受測襯板。 該裝置的徑向負載梁分為徑向負載梁a部分、徑向負載梁b部分和中部圓柱體三
個部分，徑向負載梁a部分和徑向負載梁b部分是截面為矩形的均質鋼條，且徑向負載梁a
部分和徑向負載梁b部分尺寸完全相同，各自安裝有應變片，中部圓柱體通過球軸承與徑
向傳動桿連接。徑向傳動桿、切向傳動桿、切向負載梁都是截面為矩形的長條狀均質鋼條。
球軸承外圈、球磨機受測襯板及切向傳動桿通過徑向傳動桿剛性地連接起來，形成一個無
相對運動的整體。球軸承為深溝球軸承。徑向傳動桿與徑向負載梁間相互垂直，切向傳動桿
與切向負載梁間相互垂直并保持接觸，球軸承內圈安裝在徑向負載梁的中部圓柱體上且球
軸承內圈與圓柱體為過盈配合。裝置下方設有機座，機座包括凸臺a、凸臺b、凸臺c和凸臺
d四個凸臺，四個凸臺均固定在球磨機上，且徑向負載梁和切向負載梁通過螺栓剛性固定在
對應凸臺上。 所述應變片輸出信號處理裝置至少包括電橋、動態(tài)應變儀和A/D轉換模塊，徑向應變片和切向應變片均為電阻應變片，應變片輸出信號處理裝置與電阻應變片相連。
由上述技術方案可知，本發(fā)明提供的測量裝置將受測襯板受到的、由工作介質與 物料所施加的作用力分解成三個相互正交的分力(徑向力，軸向力和切向力)。分別使用徑 向力及軸向力測量機構，切向力測量機構測量這三個分力，從而實現對受測襯板所受力的 測量。該測量裝置中徑向傳動桿一端通過螺栓固定連接受測襯板，另一端固定連接深溝球 軸承外圈。深溝球軸承內圈安裝在徑向負載梁的中部的圓柱體上，球軸承內圈與該圓柱體 的配合為過盈配合。通過上述方式，徑向傳動桿，切向傳動桿和受測襯板以及深溝球軸承的 外圈剛性地連接在一起，形成一個整體，將這個整體稱之為負載傳遞系。當受測襯板受到徑 向力和軸向力作用時，徑向負載梁通過作用一個力矩和力在負載傳遞系上，阻止負載傳遞 系沿徑向和軸向運動。通過測量徑向力負載梁在負載傳遞系的反作用力下發(fā)生的形變，可 以測量出受測襯板所受到的徑向力和軸向力。當受測襯板受到切向力時，切向力負載梁通 過作用一個力在負載傳遞系上，阻止負載傳遞系沿切向發(fā)生運動。通過測量切向力負載梁 在負載傳遞系的反作用力下發(fā)生的形變，可以測量出受測襯板所受到的切向力。
綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果 (1)可以同時測量出受測襯板所受到的由工作介質與物料所施加的作用力在徑 向、軸向和切向三個方向的分力。
(2)可以對球磨機內部載荷信息進行監(jiān)控。
(3)本裝置結構簡單，使用維護方便。


圖1是本發(fā)明提供的測試裝置的主視圖。
圖2是本發(fā)明提供的測試裝置的側視圖。
圖3是本發(fā)明提供的測試裝置的俯視圖。
圖4是本發(fā)明提供的測量裝置的三維示意圖。
圖5徑向力及軸向力測量機構的力學示意圖。
圖6受測襯板受力時徑向負載梁的彎矩分布圖。
圖7切向力測量機構的力學示意圖。 圖中1-切向負載梁a、2_切向傳動桿、3_深溝球軸承、4-徑向傳動桿、5螺釘、 6_球磨機筒體、7_受測襯板、8_螺栓a、9_螺栓b、 10-徑向負載梁a部分、11_徑向負載梁a 部分上安裝的徑向應變片、12_徑向負載梁b部分、13_徑向負載梁b部分上安裝的徑向應 變片、14_切向負載梁a上的應變片、15-螺釘、16-凸臺a、17-凸臺b、18-凸臺c、19-凸臺 d、20-切向負載梁b、21-切向負載梁b上的應變片。Ll-深溝球軸承中心到切向傳動桿桿 的距離丄2-深溝球軸承中心到受測襯板工作面的距離Jr-受測襯板受到的徑向力、Fa-受 測襯板受到的軸向力、Ft-受測襯板受到的切向力、Ft'-切向負載梁4對切向傳動桿3的 反作用力、M-Fa對徑向負載梁施加的力矩、Mvl-Ft對徑向負載梁施加的彎矩、Mv2-M對徑向 負載梁施加的彎矩。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
首先根據圖1，圖5，圖6和圖7，說明測量裝置的基本原理 從圖1的視角來觀察，切向傳動桿2和切向負載梁1之間、切向傳動桿2與切向負 載梁b20之間接觸但可在YZ平面內相對滑動(X軸為水平方向，Y軸為垂直方向，Z軸為垂 直于圖面向外的方向)，因此徑向負載梁的彎曲變形與切向負載梁的彎曲變形互不干擾。
圖5為徑向力及軸向力測量機構的力學模型，受測襯板受到徑向力和軸向力時， 測量裝置中的徑向負載梁發(fā)生彎曲變形，此彎曲變形量，能夠通過安裝在徑向負載梁上的 應變片ll和應變片13獲得。 關于徑向負載梁上的應變片ll和應變片13輸出信號的處理方法，做如下說明徑 向負載梁分為三個部分，徑向負載梁a部分10，徑向負載梁b部分12，和中部圓柱體部分， 徑向負載梁a部分10和徑向負載梁b部分12是截面為矩形的均質鋼條，且a部分和b部 分尺寸完全相同，關于中部圓柱體對稱。受載時垂直平面上的彎矩分布如圖6所示，圖中Fa 為徑向力；Fr為軸向力；M為由徑向力Fa產生的力矩，M與Fa存在M二 Fa*L2的關系。Mvl 是徑向力Fr施加在徑向負載梁上的彎矩，Mv2是由力矩M施加在徑向負載梁上的彎矩。徑 向負載梁受到的徑向力Fr所附加的彎矩是關于負載梁的中心點在Y軸方向對稱的(見圖 6中Mvl);徑向負載梁受到的力矩M附加的彎矩是關于負載梁的中心點在X軸方向反對稱 的(見圖6中Mv2)。徑向負載梁左右兩邊的應變片得到的測試結果分別是①l和①2，根 據Mvl的分布圖，①1受到徑向力Fr的影響與①2受到的徑向力Fr的影響，是大小相等， 符號相同的，而根據Mv2的分布圖，①1受到軸向力所產生的力矩M的影響與①2受到軸向 力所產生的力矩M的影響，是大小相等，符號相反的。結合徑向負載梁的抗彎曲截面系數W， 得到對應于①l和①2的兩個力Fa和FP，進而計算徑向負載梁受到徑向力
Fr = (Fa +FP ) (1) 式(1)中Fa和FP相加，得以消去軸向力對徑向力測量的影響。
徑向負載梁受到軸向力
Fa = (F a -F P ) (2) 式(2)中Fa和FP相減，得以消去徑向力對軸向力測量的影響。 圖7為切向力測量機構的力學模型，受測襯板受到切向力Ft作用時，切向力傳動
桿，徑向力傳動桿和受測襯板組成的整體(稱為負載傳遞系)有以深溝球軸承的中心為支
點旋轉的趨勢，旋轉方向與Ft方向相同，由于切向傳動桿和切向負載梁保持接觸，所以切
向負載梁對切向傳動桿作用一個反力Ft'，阻止負載傳遞系繞軸承轉動，從而Ft和Ft'形
成杠桿平衡。所以有關系式 Ft : Ft' = Ll : L2 (3) 式(3)中Ll為深溝球軸承中心到切向傳動桿的距離，L2為深溝球軸承中心到受 測襯板工作面的距離。其中Ft'的值，可以通過切向負載梁上的應變片的測試結果計算出 來，Ll和L2的長度已知，所以可以得出切向力Ft的值
Ft = Ft' *(L1 : L2) (4) 如上所述，由徑向負載梁和切向負載梁上的應變片所輸出的信號，結合各負載梁 的抗彎截面系數W，可以求出對應于這些應變信號的力Fa、FI3、Ft'，再根據(1) (2) (4) 式，受測襯板受到的徑向力Fr，軸向力Fa，切向力Ft，就都能夠測量出來。
下面結合圖1，圖2，圖3和圖4，對本發(fā)明提供的測試裝置的結構和實施方式進行
5說明 如圖1、圖2、圖3和圖4所示，受測襯板7可由球磨機普通襯板改裝而得，改裝方 法為在球磨機襯板的工作面的幾何中心位置，制出鉸制孔用螺栓連接的螺孔。通過這個螺 孔和一個鉸制孔用螺栓a8，可以將受測襯板7與徑向傳動桿4固定起來。測量裝置下方設 有機座，機座包括凸臺16、凸臺17、凸臺18和凸臺19，上述四個凸臺都用螺釘15固定在球 磨機的筒體6上。從圖1的視角來觀察，切向傳動桿2和切向負載梁al之間、切向傳動桿2 與切向負載梁b20之間可以在YZ平面相對滑動(X軸為水平方向，Y軸為垂直方向，Z軸為 垂直于圖面向外的方向)，因此徑向負載梁的彎曲變形與切向負載梁的彎曲變形互不干擾。
徑向力及軸向力測量機構包括徑向傳動桿4、球軸承3、徑向負載梁和徑向應變 片，徑向負載梁分為徑向負載梁a部分10、徑向負載梁b部分12和中部圓柱體三個部分，徑 向負載梁a部分10和徑向負載梁b部分12是截面為矩形的均質鋼條，徑向負載梁a部分10 和徑向負載梁b部分12尺寸完全相同且關于中部圓柱體對稱。徑向負載梁a部分10上安 裝有徑向應變片ll，徑向負載梁12上安裝有徑向應變片13，中部圓柱體通過球軸承3與徑 向傳動桿4連接。球軸承3為深溝球軸承，以保證其能夠同時承受一定的徑向力和軸向力， 深溝球軸承3的內圈固定在徑向負載梁的中部圓柱體上，軸承內圈和圓柱體采用過盈配合 固定連接。徑向力及軸向力測量機構中的應變片ll和應變片13在徑向負載梁受載而發(fā)生 形變時，輸出信號①l和①2，結合徑向負載梁的抗彎曲截面系數W，計算得到對應于①1和 ①2的兩個力Fa和FP ，進而計算徑向力Fr = (F a+F P )，軸向力Fa = (Fa-FP)。
切向力測量裝置包括與徑向力及軸向力測量機構共用的球軸承3和徑向傳動桿 4，以及切向傳動桿2、切向負載梁al和切向負載梁a上的應變片14，切向負載梁b20和切 向負載梁b上的應變片21，其中切向負載梁a上的應變片14安裝于切向負載梁al上，切向 負載梁b上的應變片21安裝在切向負載梁b20上。徑向傳動桿4與球軸承外圈之間為固 定連接，徑向傳動桿4與球磨機受測襯板7之間通過螺栓a8固定連接。徑向傳動桿4與切 向傳動桿2通過四個螺釘5固定連接，并與切向負載梁1保持接觸。球軸承6外圈、球磨機 受測襯板7及切向傳動桿2通過徑向傳動桿剛性地連接起來，形成一個無相對運動的整體， 即構成負載傳遞系。切向負載梁al和切向負載梁b20都是截面為矩形的均質鋼條，通過螺 栓b9安裝于對應的機座凸臺上。受測襯板7受到切向力Ft時，Ft與切向負載梁作用在傳 遞系上的力Ft'形成杠桿平衡，Ft與Ft'關系式是Ft : Ft' =L1 : L2，式中L1為深溝 球軸承中心到切向傳動桿的距離，L2為深溝球軸承中心到受測襯板的距離(見圖7)，通過 安裝在切向負載梁a上的應變片14所輸出的信號，結合切向負載梁的抗彎截面系數，計算 得到Ft'的值，進而得到切向力Ft = Ft' *(L1 : L2)。 綜上所述，徑向負載梁和切向負載梁分別通過螺栓固定在與球磨機筒體剛性連接 的機座上。當受測襯板受到載荷所施加的力時，徑向傳動桿和切向傳動桿將作用在受測襯 板上的力分別傳遞到徑向負載梁和切向負載梁上，徑向負載梁上的兩個應變片能夠通過測 量徑向負載梁的形變測量出作用力Fa和作用力FP，切向負載梁上的應變片能夠通過測 量切向負載梁的形變測量出作用力Ft'，然后根據計算方法受測襯板受到的切向力Ft = Ft' *(L1 : L2);受測襯板受到的軸向力Fa = (Fa-FP);受測襯板受到的徑向力Fr = (Fa +FP );得出受測襯板的受到的力的大小。
權利要求
一種測試球磨機襯板受力的裝置，其特征在于至少包括徑向力及軸向力測量機構、切向力測量機構、應變片及應變信號處理裝置；徑向力及軸向力測量機構至少包括徑向傳動桿、球軸承、徑向負載梁及其對應的徑向應變片，徑向應變片安裝于徑向負載梁上；切向力測量機構至少包括切向傳動桿、徑向傳動桿、球軸承、切向力負載梁及其對應的切向應變片，切向傳動桿與徑向傳動桿固定連接，切向應變片安裝于切向負載梁上；徑向傳動桿兩端分別剛性連接球軸承外圈和球磨機受測襯板。
2. 根據權利要求1所述的測試球磨機襯板受力的裝置，其特征在于徑向負載梁分為 徑向負載梁a部分、徑向負載梁b部分和中部圓柱體三個部分，徑向負載梁a部分和徑向負 載梁b部分是截面為矩形的均質鋼條，且徑向負載梁a部分和徑向負載梁b部分尺寸完全 相同，各自安裝有應變片，中部圓柱體通過球軸承與徑向傳動桿連接。
3. 根據權利要求1或2所述的測試球磨機襯板受力的裝置，其特征在于徑向傳動桿、 切向傳動桿、切向負載梁都是截面為矩形的長條狀均質鋼條。
4. 根據權利要求1所述的測試球磨機襯板受力的裝置，其特征在于球軸承外圈、球磨 機受測襯板及切向傳動桿通過徑向傳動桿剛性地連接起來，形成一個無相對運動的整體。
5. 根據權利要求1所述的測試球磨機襯板受力的裝置，其特征在于徑向傳動桿與徑 向負載梁間相互垂直，切向傳動桿與切向負載梁間相互垂直并保持接觸，球軸承內圈安裝 在徑向負載梁的中部圓柱體上且球軸承內圈與圓柱體為過盈配合。
6. 根據權利要求1所述的測試球磨機襯板受力的裝置，其特征在于應變片輸出信號處理裝置至少包括電橋、動態(tài)應變儀和A/D轉換模塊，徑向應變片和切向應變片均為電阻 應變片，應變片輸出信號處理裝置與電阻應變片相連。
7. 根據權利要求1所述的測試球磨機襯板受力的裝置，其特征在于球軸承為深溝球 軸承。
8. 根據權利要求1所述的測試球磨機襯板受力的裝置，其特征在于裝置下方設有機座，機座包括凸臺a、凸臺b、凸臺c和凸臺d四個凸臺，四個凸臺均固定在球磨機上，且徑向 負載梁和切向負載梁通過螺栓剛性固定在對應凸臺上。
全文摘要
本發(fā)明提供的測試球磨機襯板受力的裝置至少包括徑向力及軸向力測量機構、切向力測量機構、應變片及應變信號處理裝置；徑向力及軸向力測量機構至少包括徑向傳動桿、球軸承、徑向負載梁及其對應的徑向應變片，徑向應變片安裝于徑向負載梁上；切向力測量機構至少包括切向傳動桿、徑向傳動桿、球軸承、切向力負載梁及其對應的切向應變片，切向傳動桿與徑向傳動桿固定連接，切向應變片安裝于切向負載梁上；徑向傳動桿兩端分別剛性連接球軸承外圈和球磨機受測襯板。本發(fā)明能夠測量出球磨機襯板的受力，特別適用于分析球磨機內部的載荷信息，為球磨機離散單元法仿真和理論分析提供測量數據。
文檔編號G01L1/22GK101762348SQ20091021730
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權日2009年12月31日
發(fā)明者萬卉, 劉麗萍, 劉宇, 胡國明, 郭勝, 陳金鑫 申請人:武漢大學