专利名称：粉体旋转辊扎挤压成形试验装置的制作方法
技术领域：
本发明应用于饲料机械领域及生物质能源技术领域，特别是一种粉体旋转辊扎挤压成形试验装置。
背景技术：
粉体旋转辊扎挤压成形技术又称环模制粒技术，广泛应用于饲料机械、生物质能源机械及制药机械领域，具有生产效率高，成型率高等优势。国内外有关环模制粒技术的研究很多，涉及生产率的研究、能耗的研究、成型颗粒质量的研究等，但目前存在的问题是国内外还没有粉体旋转辊扎挤压成形试验装置，相关试验都在现有的环模制粒机产品上开展，测试试验非常不方便，不仅测试结果准确性差，而且只能针对特定的机型配置进行测试，根本不能建立系统的基础数据，这给环模制粒机的优化设计带来了极大困难，相关部件的设计大都凭借经验，使得环模制粒机性能得不到充分发挥。查阅国内外文献，未见有粉体旋转辊扎挤压成形试验装置方面的专利申请；在期刊文献中，有少量的相关报道丹麦技术大学的Jens K. Holm等人使用了生物质粉体挤压成形试验机进行了一些粉体挤压试验，试验机如图1所示，其特征在于环模孔为直孔，在电机上装有电流表以观察挤压时的负载Jens K. Holm也采用了图2所示的试验装置进行试验，该装置可以进行粉体的单孔挤压模拟试验；国内的吴劲峰也采用了类似图2的试验机进行了粉体挤压成形试验。图1所示的试验装置只能进行电流负载观察，功能单一；图2所示的试验装置为模拟试验装置，与真实的粉体旋转辊扎挤压成形过程差异较大。

发明内容
本发明的目的在于提供一种粉体旋转辊扎挤压成形试验装置，用于粉体旋转辊扎挤压成形工艺试验，该装置能够方便、准确地对不同物料、不同环模、压辊配置下的振动、噪声、扭矩进行试验、测试，为建立基础数据库及粉体旋转辊扎挤压成形设备的优化设计提供直接依据。实现本发明目的的技术解决方案为一种粉体旋转辊扎挤压成形试验装置，包括模辊主轴系统单元、分段式扭矩测试单元、传动系统单元及振动噪声测试单元四部分，其中，模辊主轴系统单元包括环模、压辊、环模固定环、压辊支承轴、压辊固定环、主轴；分段式转子单元包括第一联轴器、前转子、扭矩测试轴、后转子、第二联轴器；传动系统单元包括后支撑架、大齿轮、齿轮轴、第三联轴器、变频电机；振动噪声测试单元包括噪声传感器、噪声传感器支撑架、加速度传感器、加速度传感器支撑架、前支撑架；
环模固定在环模固定环上，该环模固定环固定在前转子上，前转子通过轴承支撑在前支撑架上；压辊通过轴承固定在压辊支承轴上，该压辊支承轴固定在压辊固定环上；前转子与扭矩测试轴通过第一联轴器连接，扭矩测试轴与后转子通过第二联轴器连接；大齿轮通过键与后转子连接，该后转子通过轴承支撑在后支撑架上，齿轮轴通过轴承支撑在后支撑架上，大齿轮与齿轮轴啮合，齿轮轴通过第三联轴器与变频电机连接；噪声传感器安装在噪声传感器支撑架上，加速度传感器安装在加速度传感器支撑架上，噪声传感器支撑架与加速度传感器支撑架均固定在前支撑架上；所述的压辊固定环与主轴的一端连接，该主轴穿过前转子、扭矩测试轴和后转子，主轴与前转子、后转子之间通过轴承支撑。本发明与现有技术相比，其显著优点(1)转子进行了三段分体设计，在前转子、 后转子之间设计了扭矩测试轴，由于预留了足够的操作空间，应变片的粘贴可更加准确、 方便，而且连接扭矩测试轴的前转子、后转子支撑刚性好，使得扭矩测试轴只受扭矩影响， 大大增加了扭矩测试的可靠性与准确性，解决了目前制粒机扭矩测试不准确的技术难题； (2)设计了振动、噪声传感器专用支撑架，传感器位置的固定准确、方便，增加了测试数据的可靠性与准确性；(3)设计了系列化环模固定环与压辊固定环，使得本实验装置可以对不同配置的环模、压辊进行测试，扩大了本试验装置的功能与范围，解决了目前制粒机测试专机专用的弊端。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。


图1是现有技术中生物质粉体挤压成形试验机。图2是现有技术中粉体单孔挤压成形试验机。图3是粉体旋转辊扎挤压成形试验装置结构示意图。图4是压辊固定环系列化零件示意图。图4(a)、4(b)、4(c)为3个压辊固定环系列化零件，与主轴固定端的尺寸A均相同，而与压辊支承轴固定端的尺寸B随压辊尺寸的变化而变化，分别为Bi、B2、B3。图5是环模固定环系列化零件示意图。图5(幻、5(13)、5((3)为3个环模固定环系列化零件，与前转子固定端的尺寸C均相同，而与环模固定端的尺寸D随环模尺寸的变化而变化，分别为D1、D2、D3。附图标记及其所代表的组成部分为1环模、2压辊、3环模固定环、4压辊支承轴、 5压辊固定环、6主轴、7第一联轴器、8前转子、9扭矩测试轴、10应变片、11后转子、12第二联轴器、13后支撑架、14大齿轮、15齿轮轴、16第三联轴器、17变频电机、18噪声传感器、19 噪声传感器支撑架、20加速度传感器、21加速度传感器支撑架、22前支撑架。
具体实施例方式结合图3，本发明粉体旋转辊扎挤压成形试验装置，包括模辊主轴系统单元、分段式扭矩测试单元、传动系统单元及振动噪声测试单元四部分，其中，模辊主轴系统单元包括环模1、压辊2、环模固定环3、压辊支承轴4、压辊固定环5、主轴6 ；分段式转子单元包括第一联轴器7、前转子8、扭矩测试轴9、后转子11、第二联轴器12 ；传动系统单元包括后支撑架13、大齿轮14、齿轮轴15、第三联轴器16、变频电机17 ；振动噪声测试单元包括噪声传感器18、噪声传感器支撑架19、加速度传感器20、加速度传感器支撑架21、前支撑架22 ；
环模1固定在环模固定环3上，该环模固定环3固定在前转子8上，前转子8通过轴承支撑在前支撑架22上；压辊2通过轴承固定在压辊支承轴4上，该压辊支承轴4固定在压辊固定环5上；前转子8与扭矩测试轴9通过第一联轴器7连接，扭矩测试轴9与后转子11 通过第二联轴器12连接；大齿轮14通过键与后转子11连接，该后转子11通过轴承支撑在后支撑架13上，齿轮轴15通过轴承支撑在后支撑架13上，大齿轮14与齿轮轴15啮合，齿轮轴15通过第三联轴器16与变频电机17连接；噪声传感器18安装在噪声传感器支撑架 19上，加速度传感器20安装在加速度传感器支撑架21上，噪声传感器支撑架19与加速度传感器支撑架21均固定在前支撑架22上；所述的压辊固定环5与主轴6的一端连接，该主轴6穿过前转子8、扭矩测试轴9和后转子11，主轴6与前转子8、后转子11之间通过轴承支撑。本发明在通过扭矩测试轴9测试扭矩时，将应变片10贴在扭矩测试轴9上，该应变片10接入电桥及扭矩信号无线发射装置。结合图5，本发明在环模1与前转子8之间设置环模固定环3，该环模固定环3设计为系列化，与前转子8固定端的尺寸相同，与环模1固定端的尺寸随环模尺寸的变化而变化。结合图4，本发明的压辊固定环5设计为系列化，与主轴6固定端的尺寸相同，与压辊支承轴4固定端的尺寸随压辊尺寸的变化而变化。本发明为了实现扭矩测试的准确、方便，对转子进行了三段分体设计，转子由前转子、后转子、扭矩测试轴三部分组成，并通过联轴器将扭矩测试轴与前转子、后转子连接。为了实现噪声测试的准确、方便，在转子前支撑架的上端设计了噪声传感器支撑架固定噪声传感器。为了实现振动加速度测试的准确、方便，在转子前支撑架的下端设计了加速度传感器支撑架固定加速度传感器。为了实现在不同转速下进行试验，设计了由于变频电机及齿轮传动系统组成的转速无级调节传动系统。为了实现在不同的环模、压辊配置下进行试验， 在环模与转子之间设计了环模固定环，该固定环采用了系列化设计环模固定环在转子固定端的尺寸均相同，而在环模固定端的尺寸随环模尺寸的变化而变化；压辊固定环也进行了系列化设计压辊固定环与主轴固定端的尺寸均相同，与压辊支承轴固定端的尺寸随压辊尺寸的变化而变化。测试时将噪声传感器、加速度传感器安装于专用支撑架，将扭矩专用测试应变片粘贴在扭矩测试轴，配置不同的环模、压辊、环模固定环、压辊固定环，选择不同的转速即可测试相应的噪声、振动、扭矩等基础数据。本发明的扭矩测试过程为将扭矩测试应变片10粘贴于扭矩测试轴9，根据需要配置不同的环模1、压辊2，并根据环模、压辊配置相应的环模固定环3、压辊固定环5 ；环模 1通过螺栓固定在环模固定环3上，环模固定环3通过螺栓固定在前转子8上；压辊2通过轴承固定在压辊支承轴4上，压辊支承轴4通过螺纹连接固定在压辊固定环5上，压辊固定环5与主轴6通过螺纹进行连接。测试时打开电机电源，根据需要设定变频电机频率，将扭矩测试应变片10接入电桥及扭矩信号无线发射装置图中没有表示，可以市购，当物料进入环模压辊间隙后，即可以通过扭矩信号专用接收系统图中没有表示，可以市购进行扭矩信号的测试与分析。本发明的噪声测试过程为根据需要配置不同的环模1、压辊2，并根据环模、压辊配置相应的环模固定环3、压辊固定环5 ；环模1通过螺栓固定在环模固定环3上，环模固定环3通过螺栓固定在前转子8上；压辊2通过轴承固定在压辊支承轴4上，压辊支承轴4 通过螺纹连接固定在压辊固定环5上，压辊固定环5与主轴6通过螺纹进行连接。测试时打开电机电源，根据需要设定变频电机频率，将噪声测试传感器18安装于噪声传感器支撑架19，并接入虚拟仪器图中没有表示，可以市购，当物料进入环模压辊间隙后，即可以通过虚拟仪器进行噪声信号的测试与分析。本发明的加速度测试的过程为根据需要配置不同的环模1、压辊2，并根据环模、 压辊配置相应的环模固定环3、压辊固定环5 ；环模1通过螺栓固定在环模固定环3上，环模固定环3通过螺栓固定在前转子8上；压辊2通过轴承固定在压辊支承轴4上，压辊支承轴4通过螺纹连接固定在压辊固定环5上，压辊固定环5与主轴6通过螺纹进行连接。测试时打开电机电源，根据需要设定变频电机频率，将加速度测试传感器20安装于加速度传感器支撑架21，并接入虚拟仪器图中没有表示，可以市购，当物料进入环模压辊间隙后，即可以通过虚拟仪器进行加速度信号的测试与分析。扭矩测试、噪声测试、加速度测试可按照上述实施方式单独进行，也可同步进行。
权利要求
1.一种粉体旋转辊扎挤压成形试验装置，其特征是包括模辊主轴系统单元、分段式扭矩测试单元、传动系统单元及振动噪声测试单元四部分，其中，模辊主轴系统单元包括环模 (1)、压辊(2)、环模固定环(3)、压辊支承轴(4)、压辊固定环(5)、主轴(6)；分段式转子单元包括第一联轴器(7)、前转子(8)、扭矩测试轴(9)、后转子(11)、第二联轴器(12);传动系统单元包括后支撑架(13)、大齿轮(14)、齿轮轴(15)、第三联轴器(16)、变频电机(17)；振动噪声测试单元包括噪声传感器(18)、噪声传感器支撑架(19)、加速度传感器(20)、加速度传感器支撑架(21)、前支撑架(22)；环模(1)固定在环模固定环(3)上，该环模固定环(3)固定在前转子(8)上，前转子(8) 通过轴承支撑在前支撑架(22)上；压辊(2)通过轴承固定在压辊支承轴(4)上，该压辊支承轴(4)固定在压辊固定环(5)上；前转子(8)与扭矩测试轴(9)通过第一联轴器(7)连接，扭矩测试轴(9 )与后转子(11)通过第二联轴器(12 )连接；大齿轮(14)通过键与后转子(11) 连接，该后转子(11)通过轴承支撑在后支撑架(13 )上，齿轮轴(15 )通过轴承支撑在后支撑架(13)上，大齿轮(14)与齿轮轴(15)啮合，齿轮轴(15)通过第三联轴器(16)与变频电机 (17)连接；噪声传感器(18)安装在噪声传感器支撑架(19)上，加速度传感器(20)安装在加速度传感器支撑架(21)上，噪声传感器支撑架(19)与加速度传感器支撑架(21)均固定在前支撑架(22)上；所述的压辊固定环(5)与主轴(6)的一端连接，该主轴(6)穿过前转子 (8)、扭矩测试轴(9)和后转子(11)，主轴(6)与前转子(8)、后转子(11)之间通过轴承支撑。
2.根据权利要求1所述的粉体旋转辊扎挤压成形试验装置，其特征是，在通过扭矩测试轴(9)测试扭矩时，将应变片(10)贴在扭矩测试轴(9)上，该应变片(10)接入电桥及扭矩信号无线发射装置。
3.根据权利要求1所述的粉体旋转辊扎挤压成形试验装置，其特征是，在环模(1)与前转子(8)之间设置环模固定环(3)，该环模固定环(3)设计为系列化，与前转子(8)固定端的尺寸相同，与环模(1)固定端的尺寸随环模尺寸的变化而变化。
4.根据权利要求1所述的粉体旋转辊扎挤压成形试验装置，其特征是，压辊固定环(5) 设计为系列化，与主轴(6)固定端的尺寸相同，与压辊支承轴(4)固定端的尺寸随压辊尺寸的变化而变化。
全文摘要
本发明公开了一种粉体旋转辊扎挤压成形试验装置，包括模辊主轴系统单元、分段式扭矩测试单元、传动系统单元及振动噪声测试单元四部分，其中，模辊主轴系统单元包括环模、压辊、环模固定环、压辊支承轴、压辊固定环、主轴；分段式转子单元包括第一联轴器、前转子、扭矩测试轴、后转子、第二联轴器；传动系统单元包括后支撑架、大齿轮、齿轮轴、第三联轴器、变频电机；振动噪声测试单元包括噪声传感器、噪声传感器支撑架、加速度传感器、加速度传感器支撑架、前支撑架。本发明转子进行了三段分体设计，解决了目前制粒机扭矩测试不准确的技术难题；设计了振动、噪声传感器专用支撑架，传感器位置的固定准确、方便，增加了测试数据的可靠性与准确性。
文档编号G01D21/02GK102494720SQ201110412898
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者丁武学, 孙宇, 彭斌彬, 武凯, 王栓虎 申请人:南京理工大学