專利名稱：一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種物料測試裝置，特別是涉及一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測
試裝置。
背景技術：
“高濃度黏稠物料”指工業生產過程中產生的含固量較高、黏度較大，在常溫、常壓下不具有流動性的廢棄物。包括煤炭行業的原生煤泥，給排水行業的脫水污泥，制造行業的工業污泥，石化行業的油渣、油泥，有色金屬行業的赤泥等工業固體廢棄物，還包括制糖業的糖渣和釀酒業的酒糟等非工業固體廢棄物，涉及20余個行業。現有固液分離工藝的含固量最大值，如煤泥為75%、造紙廢渣為40%、城市脫水污泥為20%等。高濃度黏稠工業廢棄物堆積形態極不穩定，遇水即流失，風干即飛揚，對環境危害極大。目前對黏稠物料最好的運輸辦法是采用管道輸送，管道輸送具有基建投資低、對地形適應性強、不占或少占土地、不污染環境以及自動化程度高、可連續作業、受外界干擾小、運費低廉等優點，尤其是可形成以高濃度黏稠工業廢棄物的管道輸送為核心，將廢棄物預處理、輸送、處置等環節集成一體的集成化輸送與處理系統。黏稠物料的屈服應力是影響物料攪拌特性、泵送系統的吸入特性和物料在管路中流動特性的關鍵因素。傳統的測試儀器需用黏度計繪制切變速率曲線，再外推到剪切速率為零的坐標上，間接得到屈服應力，測試周期時間長。公告號為CN22868Y，授權公告日為1998年7月四日的實用新型專利“粘度計”， 該專利案的設計提出了一種用于醫用明膠、樹脂、油漆等工業生產線的粘度計，其通過采用扭矩傳感器測試轉子的扭矩，得到被測物料的黏度。該專利雖可通過繪制切變速率曲線，再外推到剪切速率為零的坐標上，間接得到被測物屈服應力，而由于黏稠物料的特殊的理化特性，該儀器不能滿足黏稠物料的測試要求。鑒于以上發明的缺陷，為了實現黏稠物料屈服應力的測試，縮短測試周期，并保證測試準確性，本發明人經過不斷的研究、設計，并經反復試作樣品及改進后，終于研制出具有實用價值的本發明。
發明內容
本發明的主要目的在于，針對現有的問題，提出一種黏稠物料屈服應力值測試裝置，完成黏稠物料屈服應力的測量，摒棄傳統需由黏度計繪制切變速率曲線，再外推到剪切速率為零的坐標軸上，間接得到屈服應力的測試方法，測試周期時間長。本發明的主要目的還在于，提供一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置，該裝置操作方便、測試穩定、精度高、體積小、便于手持且轉子更換方便，可直接應用于工程現場，指導實際生產，為黏稠物料管道輸送系統的設計和改進提供了依據。本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置，包括驅動組件、測試組件、連接卡套、轉子、殼體。其中，驅動組件、測試組件都安裝在殼體內，電機安裝在電機固定板上，扭矩傳感器固定在殼體底板上，電機通過剛性聯軸節與扭矩傳感器的輸入軸連接，連接卡套固定在扭矩傳感器的輸出軸上，用于連接轉子。驅動組件為測試裝置的轉子提供旋轉動力，測試組件完成對扭矩傳感器電壓信號的檢測、處理和物料的屈服應力值、轉子轉速在液晶顯示屏上的顯示，鍵盤用于設定單片機測量電路的檢測周期值、上下極限值、實現峰值和實時檢測值之間的切換。本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。前述的一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置，其中所述的驅動組件是由直流無刷電機、直流無刷電機驅動電路、減速器和聯軸節組成。減速器為行星齒輪減速器，直接與直流無刷電機的輸出軸相連，構成圓柱形整體，利用螺釘豎直安裝在電機固定板上，封裝在圓柱形電機外套筒內，處于測試裝置的最頂端，減速器引出驅動軸通過聯軸節與扭矩傳感器的輸入軸相連，直流無刷電機驅動電路封裝在金屬盒中，用螺釘固定在殼體壁板的內側，降低外界環境對電機驅動電路的影響。直流無刷電機驅動電路由交流變直流模塊、直流電源換向模塊、電機調速模塊組成，交流變直流模塊將交流電轉換為可供電機工作的直流電，直流電源換向模塊，實現電機的正反轉，利用電機調速模塊采用恒功率調速的方式， 調節電機的轉速。本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。前述的一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置，其中所述的測試組件是由扭矩傳感器、單片機測量電路組成。扭矩傳感器為非接觸式動態扭矩扭矩傳感器，豎直放置， 通過螺柱和螺母固定在底板上，其輸入軸通過剛性聯軸節與減速器的輸出軸相連接，輸出軸通過連接卡套與轉子相連接，單片機測量電路安置在殼體內，用螺釘固定在殼體的內壁板上。扭矩傳感器中安裝旋轉編碼器同時測量轉速變化。單片機測量電路包括A/D模塊、 信號隔離模塊、交流變直流模塊、RS232接口、單片機、看門狗芯片、蜂鳴器、液晶顯示屏和鍵盤，在殼體壁板上開槽，將液晶顯示屏和鍵盤固定在在殼體壁板的外側；通過A/D模塊， 將扭矩傳感器的電壓信號轉換為數字信號，單片機計算后，在液晶屏上顯示結果；交流變直流模塊將交流電轉換為可供單片機測量電路工作電壓，同時為扭矩扭矩傳感器供電；信號隔離模塊使輸入信號具有一定的抗干擾能力；采用定時脈沖計數的方式等間隔定時檢測， 同步測量扭矩和轉速的變化情況；看門狗芯片實現了電源檢測復位，有效避免電源干擾、 波動引起的死機現象；具有峰值保持功能，記錄下所測得的最大屈服應力值；采用標準的 RS-232接口與上位機通訊；通過鍵盤可設定被測量的上下極限值，測量值超過極限值后蜂鳴器會鳴笛報警、電機斷電，按下鍵盤的復位鍵，電機獲得供電，重新測量，使敏感元件得到有效保護。本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。前述的一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置，其中所述的連接卡套由軸套、螺釘、鋼球、擋圈、外套組成，通過軸套、螺釘和擋圈將其固定在扭矩傳感器的輸出軸上， 用于連接扭矩傳感器的輸出軸和轉子軸，通過外套重力和鋼球將轉子固定、卡緊，測試裝置豎直放置時，向上推外套，轉子可依靠自身重力下落，方便了轉子的更換。本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。前述的一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置，其中所述的轉子是測試裝置的執行元件，轉子采用十字槳葉的結構形式，在特定工況下對轉子的受力情況進行分析計算，選取兩片具有一定強度和表面粗糙度的金屬板材料，利用連接卡套與扭矩傳感器輸出軸相連。本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。前述的一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置，其中所述的殼體由電機套筒、殼體頂板、殼體壁板、殼體底板和電機固定板組成，電機外套筒利用螺栓、螺母固定在電機頂板上，殼體頂板、殼體底板與殼體壁板之間利用螺釘連接，構成一個封筆的殼體，其將驅動組件、測試組件封裝在其內部。在裝配過程中首先利用螺柱和螺母將扭矩傳感器固定在底板上，然后利用螺釘將電機和減速器組成的整體固定在電機固定板上，通過調節螺母， 可以小幅調整電機的位置，降低因電機軸和扭矩傳感器軸之間不同軸對測試裝置測試結果產生的影響。本發明一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置與現有技術相比，具有下列優點與有益效果(1)本發明結構緊湊、體積小，可以手持電機外套筒，應用于工程現場對物料進行測量，指導實際生產；(2)本發明可直接顯示黏稠物料的屈服應力值，摒棄了傳統需繪制切變速率曲線， 再外推到剪切速率為零的坐標上，間接得到屈服應力的測試方法，縮短了測量周期；(3)本發明測試精度高，重復性好，且操作簡便。綜上所述，本發明黏稠物料屈服應力測試裝置，目的在于提出一種新的黏稠物料屈服應力測試方法，解決傳統測量周期長的弊病，為黏稠物料管道輸送系統的設計和改進提供了依據，而且該裝置體積小，可手持測量，便于生產現場使用。
圖1是本發明結構圖
圖2是本發明的連接卡套示意圖
圖3是本發明的轉子示意圖
圖4是本發明的單片機測量電路原理圖
圖中
1 電機外套筒2 殼體頂板
3 殼體外壁4 單片機測量電路
5 扭矩傳感器6 殼體底板
7 扭矩傳感器輸出軸8 連接卡套
9:轉子10 螺母
11 螺柱12 直流無刷電機驅動電路
13 扭矩傳感器輸入軸14 減速器輸出軸
15 聯軸節16 電機固定板
17 螺釘18 減速器
19 直流無刷電機20 扭矩傳感器輸出軸
21 軸套22 轉子軸
23 鋼球25 擋圈27 翼板29 扭矩傳感器輸出電壓信號31:A/D 模塊33 鍵盤35 蜂鳴器37:RS232 接口39 交流變直流模塊
24 螺釘 26 外套 28 刃角
30 信號隔離模塊 32 單片機 34 液晶顯示屏 36:看門狗芯片 38 上位機 40 交流電源
具體實施例方式為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置的具體實施方式
、結構、特征及其功效，詳細說明如后。有關本發明的前述及其他技術內容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細說明中將可清楚呈現。通過具體實施方式
的說明，當可對本發明為達成預定目的所采取的技術手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發明加以限制。如圖1所示的本發明一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置的結構圖，由驅動組件、測試組件、連接卡套、轉子、殼體組成。行星齒輪減速器18直接與直流無刷電機19 的輸出軸相連，構成圓柱形整體，利用螺釘17豎直安裝在電機固定板16上，封裝在圓柱形電機外套筒1內，處于測試裝置的最頂端，電機外套筒1利用螺栓、螺母固定在殼體頂板2 上，殼體頂板2、殼體底板6與殼體壁板3之間用螺釘連接固定，扭矩傳感器5豎直放置，通過螺柱11和螺母10固定在殼體的底板6上，其輸入軸13利用剛性聯軸節15與減速器的輸出軸14相連接，其輸出軸7通過連接卡套8與轉子9相連接，調節固定電機固定板16的螺母10，保證直流電機、減速器所構成的整體和扭矩傳感器5的同軸度小于Φ0.05πιπι。直流無刷電機驅動電路12封裝在金屬盒內與單片機測量電路4 一并利用螺釘固定在殼體壁板3的內側，在殼體壁板3上開槽，將液晶顯示屏、鍵盤、電機電源開關、正反轉開關和電機調速旋鈕都鑲嵌在殼體壁板3的外側。除殼體底板6和電機固定板16外均采用合金加工制造，在保證強度要求的情況下，降低了整個裝置的質量。如圖2所示的本發明一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置的連接卡套示意圖，由軸套21、鋼球23、螺釘Μ、擋圈25、外套沈組成，通過螺釘Μ、擋圈25固定在扭矩傳感器的輸出軸20上，通過外套沈重力、鋼球23、軸套21和轉子軸22頂部的配合關系將轉子9固定、卡緊，測試裝置豎直放置時，向上推外套，轉子9可依靠自身重力下落，其特有的設計形式，便于轉子9的更換。如圖3所示的本發明一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置的轉子示意圖，采用十字槳葉的結構形式，翼板27數目為4，由兩片高強度金屬材料制成，硬度應大于 HRC40，表面粗糙度小于Ra6. 3μπι，轉子的高寬比為2，在端部設計刃角28，減小了在插入物料的過程中對其的破壞程度，為擴大測試裝置屈服應力的測試范圍，設計了 4種不同尺寸的轉子，不同轉子的屈服應力測試范圍有10%的重復覆蓋區間。如圖4所示的本發明一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置的單片機測量電路原理圖，由信號隔離模塊30、A/D模塊31、單片機32、鍵盤33、液晶顯示屏34、蜂鳴器 35、看門狗芯片36、RS232接口 37、交流變直流模塊39組成。通過A/D模塊31，將扭矩傳感器輸出的電壓信號四轉換為數字信號；信號隔離模塊30使輸入信號具有一定的抗干擾能力； 交流變直流模塊39將外部的交流電源40轉換為可供單片機測量電路4工作的直流電；采用定時脈沖計數的方式等間隔定時檢測，同步測量扭矩和轉速的變化情況，在單片機32內部進行處理后，記錄下所測得的最大屈服應力值，在液晶顯示屏34上顯示讀數；看門狗芯片36實現了電源檢測復位，有效避免電源干擾、波動引起的死機現象；采用標準的RS-232 接口 37與上位機38進行通訊；通過鍵盤33設定被測量的上下極限值，測量值超過極限值后蜂鳴器35會鳴笛報警、電機斷電，按下鍵盤的復位鍵，電機獲得供電，繼而重新測量。本發明的一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置，其理論依據及數學表達式如下所述
權利要求
1.一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置，包括有驅動組件、測試組件、連接卡套、殼體、轉子，其中驅動組件包括直流無刷電機(19)、直流無刷電機驅動電路(12)、減速器(18)和聯軸節(15)，測試組件包括單片機測量電路(4)、扭矩傳感器(5)、鍵盤(33)和液晶顯示屏(34)，殼體包括電機套筒(1)、殼體頂板O)、殼體外壁(3)、殼體底板(6)和電機固定板(16)，其中，驅動組件和測試組件安裝在殼體內，驅動組件為測試裝置的轉子(9)提供旋轉動力，測試組件具有電源檢測復位和峰值保持功能，鍵盤(3 可設定單片機測量電路(4)的檢測周期、上下極限值，實現峰值和實時檢測值之間的切換，液晶顯示屏(34)顯示屈服應力和轉速，轉子(9)在測量前要埋入被測物料設定深度。
2.根據權利要求1所述的一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置，其特征在于其中所述的驅動組件，采用減速器(18)與直流無刷電機(19)連接后構成一個圓柱體，封裝在便于手持的圓柱形電機外套筒(1)內，電機驅動電路包括交流變直流模塊、直流電源換向按鈕和電機調速模塊。
3.根據權利要求1所述的一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置，其特征在于其中所述的測試組件，扭矩傳感器(5)中安裝旋轉編碼器測量轉速，單片機測量電路包括信號隔離模塊(30)、信號隔離模塊(30)、A/D模塊(31)、單片機(32)、鍵盤(33)、液晶顯示屏 (34)、蜂鳴器(35)、看門狗芯片(36)、RS232接口(37)、交流變直流模塊(39)。
4.根據權利要求1所述的一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置，其特征在于其中所述的連接卡套(8)，利用外套06)重力和鋼球將轉子(9)固定、卡緊，測試裝置豎直放置時，向上推外套(26)，轉子(9)依靠自身重力下落，便于轉子(9)的更換。
5.根據權利要求1所述的一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置，其特征在于其中所述的轉子(9)，采用十字槳葉的結構形式，并在其端部設計刃角。
6.根據權利要求1所述的一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置，其特征在于其中所述的殼體，將驅動組件和測試組件都封裝在其內部，其中通過調節螺母(10)改變電機固定板(16)的位置。
全文摘要
本發明涉及一種槳葉式黏稠物料屈服應力旋轉測試裝置，由直流無刷電機、減速器、直流無刷電機驅動電路、聯軸節、扭矩傳感器、單片機測量電路、液晶顯示屏、鍵盤、連接卡套、轉子、殼體組成。本發明轉子轉速可調，可實時監測物料屈服應力及轉子轉速變化，具有峰值保持功能，可記錄、顯示最大屈服應力值。本發明主要應用于黏稠物料屈服應力的測試，其結構緊湊、體積小、操作方便、測試穩定且精度高。
文檔編號G01N11/14GK102169075SQ20111000571
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月7日 優先權日2011年1月7日
發明者劉宓, 吳淼, 朱信平, 楊澤生, 程新, 郝雪弟 申請人:中國礦業大學(北京)