本發(fā)明屬于顆粒物料休止角的測量領域，具體涉及一種滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置及采用該測量裝置在線測量休止角的方法。

背景技術：

顆粒態(tài)在自然界廣泛存在，顆粒尺度在1×10^-6～1×10⁴m范圍的物質(zhì)都可稱為顆粒物質(zhì)，所以生活中沙石、浮冰、礦石、糧食以及藥品都可稱為顆粒物質(zhì)。材料在外力作用和內(nèi)部應力狀況變化時會發(fā)生的類似于流體的運動狀態(tài)。

休止角是來描述顆粒物質(zhì)流動性的重要指標，它與顆粒物質(zhì)粒徑、形狀、密度、混合率、含水量等因素有關，因此，在干燥、拋光、混合等工業(yè)加工過程中，通過在線測量滾筒內(nèi)顆粒物質(zhì)的休止角變化，就可以實時掌握物料加工情況，具有非常重要的應用價值。

目前，對于休止角的測量主要有休止角測定儀和圖像法。采用休止角測定儀測量休止角是標準測量方法，但是該方法只能測量靜態(tài)休止角，無法在線測量。而圖像法只適用于透明的滾筒，且測量系統(tǒng)較復雜，價格昂貴，誤差比較大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種操作簡單，誤差較小，能夠?qū)π葜菇沁M行在線測量的滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置及方法。

本發(fā)提供了一種滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置，安裝在滾筒式粉碎機的滾筒的下方，用于在線測量滾筒式粉碎機中顆粒物料的休止角，其特征在于，包括：支撐部，設置在滾筒的下方，包括支撐平臺以及設置在支撐平臺上的支撐架；測量部，設置在支撐部上并與滾筒的外壁接觸，包括與支撐部固定連接的支座、一端與支座轉(zhuǎn)動連接的支撐梁以及設置在支撐梁的另一端并與支撐梁固定連接的稱重傳感器，該稱重傳感器的底部與支撐部連接；計算部，與測量部連接，用于接收測量部的壓力信號并根據(jù)壓力信號計算出休止角，其中，滾筒與支撐梁接觸。

在本發(fā)明的滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，稱重傳感器為壓縮型稱重傳感器。

在本發(fā)明的滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，支撐梁為工字梁。

在本發(fā)明的滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，支座與支撐梁的一端的連接方式為樞軸連接。

本發(fā)明還提供了一種滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量測量方法，采用上述滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置進行測量，其特征在于，包括以下步驟：步驟一，將待粉碎物料裝入滾筒中，得到物料的填充度f；步驟二，開啟電機，使?jié)L筒勻速轉(zhuǎn)動；步驟三，稱重傳感器測得支撐梁一端的壓力W；步驟四，根據(jù)公式

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

算出θ和并根據(jù)公式

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

計算出顆粒物料的休止角α，R為滾筒的半徑，M為滾筒中顆粒物料的質(zhì)量，M_D為支撐平臺上所有部件的總質(zhì)量，g為重力加速度，z為支座到滾筒中心的水平距離，p為支撐平臺上所有部件的整體的重心與支座的水平距離，y為稱重傳感器到支座的水平距離。

發(fā)明的作用與效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置及方法，由于具有支撐部、測量部和計算部，測量部中支座固定連接在支撐部上，支撐梁的一端與支座轉(zhuǎn)動連接，支撐梁的另一端與稱重傳感器固定連接，并且滾筒與支撐梁接觸，這樣支撐梁就形成一根杠桿，當滾筒轉(zhuǎn)動時，稱重傳感器能夠在線獲得支撐梁另一端壓力信號，計算部能夠接收壓力信號并根據(jù)壓力信號計算出休止角。所以，本發(fā)明的滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置不僅結構簡單，易于操作，而且能夠在線、實時和快速地測量出滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角，測量誤差小。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施例中滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的實施例中滾筒內(nèi)顆粒物質(zhì)的重心變化示意圖；

圖3是本發(fā)明的實施例中稱重傳感器的壓力-時間曲線；以及

圖4是本發(fā)明的實施例中在滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置的測量原理圖。

具體實施案例

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，以下實施例結合附圖對本發(fā)明的滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置及方法作具體闡述。

圖1是本發(fā)明的實施例中滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置的結構示意圖。

如圖1所示，在本實施例中，滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置100安裝在滾筒式粉碎機的滾筒200的下方，用于在線測量滾筒式粉碎機中顆粒物料的休止角。滾筒200具有為滾筒200提供穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的皮帶構件210和為皮帶構件提供動力的電機(圖中未顯示)。滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置100包括支撐部10、測量部20以及計算部30。

支撐部10設置在滾筒200的下方，它包括設置在地面上的支撐平臺11和設置在支撐平臺11上的支撐架12。

支撐平臺11由混凝土澆筑而成，用來對滾筒200進行支撐。

支撐架12通過螺栓與支撐平臺11連接，用來固定滾筒200。在本實施例中，支撐架12為采用鋁合金制成的框架結構。

測量部20設置在支撐架12上并與滾筒200的外壁接觸，它包括支座21、支撐梁22以及稱重傳感器23。

支座21通過螺栓與支撐架12連接，用來為支撐梁22提供支點，它是由不銹鋼材料制成。

支撐梁22的右端與支座21樞軸連接，支撐梁22的中部與滾筒200接觸，這樣，支撐梁22就形成了以支座21為支點的杠桿，在本實施例中，支撐梁22為工字梁，它由鋁合金材料制成。

稱重傳感器23與支撐梁22的左端的下部通過螺栓連接，它能夠測量支撐梁22的左端受到的壓力從而產(chǎn)生壓力信號，在本實施例中，稱重傳感器23為壓縮型稱重傳感器，具體為型號是13/2443-06的Sensotec傳感器23。

計算部30與Sensotec傳感器23通信連接，用來接收Sensotec傳感器23的壓力信號并根據(jù)該壓力信號計算出物料顆粒的休止角，在本實施例中，計算部30為計算機30。

圖2是本發(fā)明的實施例中滾筒內(nèi)顆粒物質(zhì)的重心變化示意圖。

圖3是本發(fā)明的實施例中稱重傳感器的壓力-時間曲線。

如圖2、3所示，當滾筒200旋轉(zhuǎn)時，顆粒物料隨著滾筒向上運動，重心向右側(cè)移動，力矩減小，稱重傳感器測量值減小，當表面AB與水平面到達一定傾斜角α₂時，顆粒物料發(fā)生崩塌，顆粒物質(zhì)的重心位置快速向左側(cè)運動，力矩變大，稱重傳感器測量中變大。最后崩塌結束，休止角回到一個較小值α₁。

圖4是本發(fā)明的實施例中在滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置的測量原理圖。

如圖4所示，支撐梁22的左端的下部設置有重力傳感器23，右端與支座21樞軸連接，這樣支撐梁22形成一根杠桿。

結合圖4，本實施例的滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量方法包括以下步驟：

步驟一，將已知體積的待粉碎的物料裝入滾筒200中，得到顆粒物料的填充度f(物料體積與滾筒200的體積之比)。根據(jù)幾何關系得到如下關系式：

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

根據(jù)該關系式，可以得出θ，進一步計算出顆粒物料的上端點A、下端點B與滾筒200中心O之間的夾角2θ，同時由圖4可知，滾筒200中顆粒物料的重心G到滾筒中心O的距離d_OG，根據(jù)幾何關系得到如下關系式：

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

其中，R為滾200的半徑。

步驟二，開啟電機，使?jié)L筒200勻速轉(zhuǎn)動。

步驟三，Sensotec傳感器23測出支撐梁22左端的壓力W，又由于支撐梁符合杠桿原理，可得如下關系式：

Wy＝Mg(z-x)+M_Dgp

其中，M為滾筒200中顆粒物料的質(zhì)量，M_D為支撐平臺11上的支撐架12、支座21、支撐梁22、稱重傳感器23以及滾筒200的總質(zhì)量，g為重力加速度，z為支座21到滾筒中心O的水平距離，p為支撐平臺11上的支撐架12、支座21、支撐梁22、稱重傳感器23以及滾筒200整體的重心與支座21的水平距離，y為稱Sensotec傳感器23到支座21的水平距離。

又由幾何關系可得關系式：

x＝d_OGsinα

從而得到顆粒物料的休止角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，由計算機30計算出休止角α。

實施例的作用與效果

根據(jù)本實施例所涉及的滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置，由于具有支撐架、稱重傳感器和計算機，測量部中支座固定連接在支撐部上，支撐梁的一端與支座轉(zhuǎn)動連接，支撐梁的另一端與Sensotec傳感器固定連接，并且滾筒與支撐梁接觸，這樣支撐梁就形成一根杠桿，當滾筒轉(zhuǎn)動時，Sensotec傳感器能夠在線獲得支撐梁另一端壓力信號，計算機能夠接收壓力信號并根據(jù)壓力信號計算出休止角。所以，本實施例的滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角的在線測量裝置不僅結構簡單，易于操作，而且能夠在線、實時和快速地測量出滾筒式粉碎機中顆粒物料休止角，測量誤差小。

另外，在本實施例中，由于使用壓縮型稱重傳感器中的Sensotec傳感器對支撐梁的一端的壓力進行測量，根據(jù)該壓力和計算機計算能夠得到顆粒物料的休止角，克服了其它部件對測量的影響，減小了誤差，精確度更高。

上述實施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來限制本發(fā)明的保護范圍。