一种物料破碎过程高速动态测定试验装置及系统，包括提升装置(1)、机架(2)、定位架(3)、磁铁架(4)、锤体(5)、振动台(6)、砧板(7)和控制柜(8)，机架(2)通过立柱(24)固定在底座(22)上，光滑导轨(21)位于机架(2)中间，定位架(3)固定安装在光滑导轨(21)上部位置；在提升装置(1)固定安装在机架(2)的顶部，提升装置(1)由链轮链条组和调速电机组成，提升装置(1)的链条(11)的另一端系有与锤体(5)质量相等的铅块；振动台(6)设在底座(22)上，所述链条(11)的一端穿过定位架(3)和定位架(3)下面的磁铁架(4)连接，所述的锤体(5)吸附于磁铁架(4)上，链条(11)上下移动时，带动磁铁架(4)上下移动。该系统可以对物料冲击振动作用下的破碎情况进行实时和准确的监测。行实时和准确的监测。行实时和准确的监测。
【技术实现步骤摘要】
一种物料破碎过程高速动态测定试验装置与系统
[0001]本专利技术涉及物料破碎
，具体涉及一种物料破碎过程高速动态测定试验装置与 系统，该试验装置与系统用于物料破碎过程中各物理参数，包括运动状态、力、能量等的 实时在线测定。
技术介绍
[0002]在物料破碎过程中，需要消耗大量的能量，考虑到该能量利用效率低的客观实际， P.R.Rittinger的新表面说
[1]、G.Kick的相似说
[2]和F.C.Bond的裂纹说
[3]等传统的破碎理 论应运而生，用于研究破碎输入能量与破碎前后矿物特征参数之间关系。但该理论只考虑 破碎前后两个时间点，无法对破碎过程中物料的各动态参数进行实时测定，缺少对不同加 载速率与方式下破碎物料的能量耗散规律的深入研究，导致现有试验结果无法与生产实际 相结合，用以指导破碎的相关理论以及设计方法也缺乏科学性和普适性。
[0003]作为研究材料和结构冲击性能的常用试验设备，传统的落锤试验机主要由三大系统组 成：机械结构系统、测量与数据处理系统和控制系统。机械结构系统包括支撑结构、落锤 结构、提升与释放机构；测量与数据处理系统包括信号测量系统、数据采集系统、数据处 理系统；控制系统包括电控柜、计算机等。
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11]本试验系统以电磁铁和自由落体的形式对锤 体进行吸附与释放；锤体设计配重调节重量，设计不同形状锤头改变加载方式；运用加速 度传感器、声压传感器、激光位移传感器、力传感器、红外热像仪和高速摄像机对整个试 验过程多角度实时监测；设计振动台研究冲击与振动共同作用下的物料破碎表征；增加控 制柜以及智能化信号处理与分析系统，采用深度学习等方法建立能量耗散实时测定系统。 另外，在矿业领域，落锤试验机主要研究矿物在冲击作用下的破碎特性
[4,5]与粒度分布
[6]， 对煤等矿物的破碎生产进行一定的指导。但是，这种理论指导目前停留在定性研究上，对 冲击破碎动态过程未进行进一步的分析，缺乏实时、准确的数据监测与测定系统。虽然目 前有许多对落锤试验过程中能量的测定与研究
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15]，但大多考虑破碎前后两个节点、或只 关注落锤下落动能变化，无法对破碎过程中落锤对物料作用的动态参数进行实时测定，缺 少对不同加载速率与方式下物料能量耗散演化规律的研究。因此，本专利技术在常见落锤试验 机机械设计与控制系统的基础上
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20]，进行创新性改进，增加可调节的锤体以及振动台， 并对整个冲击振动耦合破碎过程在线实时进行监测、对试验过程采集数据结合深度学习进 行训练，分析与预测试验过程。以准脆性物料(如煤、石膏、混凝土等)为研究对象，通 过调节下落高度、锤体配重与锤头形式调节加载速率与方式，以锤体重力做功为输入能量， 研究不同加载速率与方式下物料在冲击破碎动态过程中的物理状态的变化过程，并实时、 准确测定破碎物料的能量耗散演化规律，用以指导准脆性物料相关破碎设备的设计、加工 与制造。
[0004]克服现有技术的难点：在结构设计方面，关于落锤锤体配重、形状可调的设计，关于 振动台工作参数的确定，以及信号采集装置安装位置与相互作用的方式的布置，都是需要 克服的技术难点；在信号实时采集方面，采用高速摄影与各类传感器动态追踪物料运动
厚度减去前半圆柱的质量与锤体正面锤体面质量相同，保证整体重心在竖直轴线上。
[0015]进一步，所述振动台6包括保护罩61、侧板62、振动平台63、振动电机64、弹簧65 与凸台66；所述砧板7，在砧板上座71与砧板下座72之间，内置力传感器74；所述控制 柜8可以控制电机调速、振动台6振动频率以及电磁铁吸附锤体的释放；所述振动平台63， 由振动电机64提供激振力。
[0016]进一步，所述的砧板7内部安装的力传感器74，用于实时测定试验过程中物料受力情 况。
[0017]本专利技术的另一个目的是提供一种物料破碎过程高速动态测定试验系统，该系统包括： 物料破碎过程高速动态测定试验装置、试验单元、采集单元以及计算单元。
[0018]所述试验单元，用于试验在高速动态测定试验机下不同加载速率与方式的物料破碎各 状态参数表征。
[0019]所述采集单元，用于通过高速摄影机、红外热像仪、加速度传感器、力传感器、激光 位移传感器等记录试验过程中颗粒飞溅的运动状态与温度变化过程。
[0020]所述计算单元，用于对处理加速度传感器、力传感器、激光位移传感器的信号，分析 高速摄影与红外热像视频，结合深度学习，研究物料破碎过程中不同加载速率与方式下的 运动状态、力、能量、粒度组成等因素的相互关系。
[0021]进一步，所述采集单元，对物料在冲击破碎过程中的力、加速度、位移以及温度变化 进行实时测定，通过加速度传感器、力传感器、激光位移传感器等多传感器组、高速摄影 以及红外热像相互验证，保证测定数据的实时性和准确性，为本专利技术创新之处。
[0022]进一步，所述计算单元，针对加速度传感器处理物料破碎过程中加速度信号，求得速 度与位移信号；力传感器测定破碎过程中力的变化与接触时间；激光位移传感器测定物料 垂直方向位移情况，与加速度传感器计算值相验证；高速摄影追踪物料运动状态并记录破 碎过程，与传感器数值互相验证；红外热像仪记录物料破碎飞溅情况与表面温度。在以上 数据基础上建立神经网络进行训练，对测定指标进行判别、比较与分类，建立物料破碎过 程中不同加载速率与方式同各参数之间的关系模型，建立一个多参数输入、可互相验证的 物料破碎过程各参数实时测定系统，为本专利技术创新之处。
[0023]本方面的工作原理：试验机工作部件为锤体，锤体由提升装置牵拉，被电磁铁吸附； 当电磁铁释放时，沿光滑导轨自由落体，对砧板上物料进行冲击破碎，或对振动台上物料 进行冲击
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振动耦合破碎。通过改变锤体的下落高度、重量以及锤头形式，研究不同加载速 率与方式下的冲击破碎试验；通过多传感器系统、高速摄影机和红外热像仪监测与记录破 碎过程中物料运动状态、受力以及温度的变化。将采集数据导入计算机系统，利用神经网 络深度学习训练，构建不同加载速率与方式下物料在冲击破碎，或冲击
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振动耦合破碎过程 中各物理参数的演化规律模型，对破碎过程中耗散能量进行测定。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025](1)该系统还包括试验单元、采集单元和计算单元，可以对物料冲击振动作用下的破 碎情况进行实时和准确的监测。
[0026]本专利技术在落锤试验机基础上，改进设计了光滑导轨、可调节锤头、振动台等零部件， 针对冲击与振动耦合作用下的物料动态破碎过程，实时、准确测定物料各物理参数，研究 不同加载速率与方式下物料在冲击与振动耦合作用下破碎的各项参数指标(如力、粒度
组 成、能量等)的变化规律，实时、准确、误差小。
[0027](2)与现有设备相比，本装置增加振动台研究冲击与振动耦合作用下物料破碎表征， 更贴近于实际生产需求本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种物料破碎过程高速动态测定试验装置，包括提升装置(1)、机架(2)、定位架(3)、磁铁架(4)、锤体(5)、振动台(6)、砧板(7)和控制柜(8)，机架(2)通过立柱(24)固定在底座(22)上，光滑导轨(21)位于机架(2)中间，定位架(3)固定安装在光滑导轨(21)上部位置；在提升装置(1)固定安装在机架(2)的顶部，提升装置(1)由链轮链条组和调速电机组成，提升装置(1)的链条(11)的另一端系有与锤体(5)质量相等的铅块；振动台(6)设在底座(22)上，磁铁架(4)其特征在于：所述链条(11)的一端穿过定位架(3)和定位架(3)下面的磁铁架(4)连接，所述的锤体(5)吸附于磁铁架(4)上，链条(11)上下移动时，带动磁铁架(4)上下移动。2.根据权利要求1所述的物料破碎过程高速动态测定试验装置，其特征在于：所述的磁铁架(4)由定位架4确定位置，通过直线轴承(517)与光滑导轨(21)连接，磁铁架(4)与光滑导轨(21)依靠直线轴承(517)滑动连接，锤体(5)吸附于磁铁架(4)上，受到提升装置(1)牵拉，并受到磁铁架(4)上方定位架(4)的限位。3.根据权利要求1所述的物料破碎过程高速动态测定试验装置，其特征在于：所述的光滑导轨(21)的粗糙度为1.6。4.根据权利要求1所述的物料破碎过程高速动态测定试验装置，其特征在于：所述的锤体(5)，所述锤体(5)安装有加速度传感器，可以通过添加配重改变重量，底部可安装不同形状锤头，用于实现加载速率与方式的调节，锤体底部加工三个螺纹孔，使用一字螺塞(58)堵住，锤头为设计平头、圆锥头锤头。5.根据权利要求4所述的物料破碎过程高速动态测定试验装置，其特征在于：该配重块(56)内部有螺纹，托盘柱(33)表面有螺纹，两部件螺纹连接，并通过锁紧螺母55进行固定，通过改变锤体重量来改变落锤重力，进而调节试验过程中输入的冲击力大小。6.根据权利要求4所述的物料破碎过程高速动态测定试验装置，其特征在于：所述的锤体(5)，六角头螺杆带孔加强杆螺栓(52)正反对称安装；锤体架(51)为对称设计，保证该部分重心通过对称轴；锤身(53)的圆柱底面进行阶梯状加工，使后半圆柱厚度减去前半圆柱的质量与锤体正面锤体面质量相同，保证整体重心在竖直轴线上。7.根据权利要求4所述的物料破碎过程高速动态测定试验装置，其特征在于：所述振动台(6)包括振动台(6)包括振动平台(63)、振动电机(64)、弹簧(65)与砧板(7)，所述砧板(7)内置力传感器(74))；所述控制柜(8)可以控制调速装置、振动台与电磁铁吸附；所述振动平台(63)，由振动电机(64)提供激振力。8.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘永泰，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：
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