一种实验用推焦运动稳定性研究装置及研究方法

技术领域

本发明涉及实验用焦炉推焦装置领域，具体地说是一种实验用推焦运动稳定性研究装置及研究方法。

技术背景

目前焦炭生产多采用为先将煤送至碳化室隔离空气加热20至30小时后再由推焦机推出并收集的生产方式。其中在推送焦炭时，推焦机的大部分伸进碳化室，完成推焦后再反向撤出。在该过程中，推焦机伴随着剧烈的振动和噪声，长期的机械振动不仅会导致煤饼坍塌影响焦炭品质，更对机械设备本身造成疲劳破坏，影响整个推焦装置的使用寿命及工作可靠性。为解决这一问题急需可供实验研究用的专门推焦机以便完成相应实验，寻找并进一步解决振动原因，解决安全生产隐患。查阅专利文献,与本发明相关的有：授权公告号CN202099241U,名称为“应用于试验焦炉的推焦机”和授权公告号CN202099242U,名称为“试验焦炉用推焦装煤捣固一体机”。但这两种推焦机都是针对200KG以上大型实验焦炉设计并且仅能测量工作中的电流变化情况。另外授权公告号CN102838998A，名称为“40kg侧开门实验焦炉推焦机”用于测试推焦机的推焦电流和推焦阻力。在目前专利文献中尚未见到用于推焦杆结构研究的实验推焦机。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术在工作情况下不易进行研究、机械结构改变困难、研究成本高的困境。提出了一种用于实验室环境下研究推焦机不同结构对推焦运动稳定性影响的装置及研究方法。

一种实验用推焦运动稳定性研究装置，包括底座、支撑框架、后支撑辊、齿轮座、驱动齿轮、推焦杆、推焦头、螺栓组、滑靴上部、滑靴中部、滑靴底部、垫砖和前支撑辊；取所述底座放于水平桌面，在其上的卡槽中插入两支撑框架，在支撑框架顶端两侧分别安装后支撑辊和齿轮座，齿轮座上安装驱动齿轮，在底座上支撑框架的前端位置处依次安装前支撑辊和垫砖，上述结构间采用内外卡槽连接。所述推焦杆头部通过焊接连接推焦头，推焦杆的杆体底面支撑在后支撑辊和前支撑辊上，杆体顶面和驱动齿轮接触，推焦杆的中部设有矩形凹槽用于插入滑靴上部，推焦杆和滑靴上部之间通过螺栓组进行连接，推焦杆与螺栓组的接触部分左右各设有两个纵向U型通孔，通过改变螺栓组在推焦杆上U型通孔内的相对位置改变滑靴对推焦杆的支撑高度，其中推焦杆与螺栓组接触的外表面采用滚花工艺加强螺栓组的摩擦力。所述滑靴上部的下方设有圆柱通孔用于插入圆柱体，滑靴上部和滑靴中部之间通过圆柱体进行连接，两者之间拥有一转动自由度，可绕Y轴方向（与滑靴底部垂直的方向）相对转动，转动范围-45°~45°，滑靴中部和滑靴上部的连接部分处还设置有第一紧固螺钉，调节第一紧固螺钉的旋紧程度可调节该转动副的阻尼系数；若完全旋紧第一紧固螺钉，则滑靴上部和滑靴中部之间无法相对转动（绕Y轴转动），形成刚性连接；若在滑靴上部和滑靴中部间保持一特定角度后旋紧第一紧固螺钉，则可使滑靴底部与垫砖间保持特定角度，滑靴上部的圆柱通孔上方的区域采用滚花工艺，以增加和第一紧固螺钉之间的摩擦力。滑靴中部的下方通过圆柱副连接放置于垫砖上的滑靴底部，滑靴底部上有专门配套的圆柱槽，装配时先放入滑靴中部，后旋紧前后端盖。滑靴底部上的第二紧固螺钉用于控制转动副工作。其中当第二紧固螺钉拧紧时，滑靴中部和滑靴底部无相对转动（绕X轴转动，与滑靴底部平行的方向），形成刚性连接；当第二紧固螺钉拧松时，滑靴中部和滑靴底部存在绕X方向的转动副，可进行相对转动。所述滑靴底部的前后分别设有载物空间，载物空间中可选择放置不同质量的质量块。在不锁死第一紧固螺钉的情况下，通过前后载物空间内不同质量的配比，可以实现滑靴底部前后方向（X方向）的状态：前倾、水平、后倾。另外在滑靴底部上设有保护载物空间内质量块不被颠出的保护盖板。

上述的一种实验用推焦运动稳定性研究装置，所述推焦杆的尾端设有卡槽，可根据情况加装一节推焦杆以延长整体推焦杆长度。

上述的一种实验用推焦运动稳定性研究装置的研究方法，包括以下步骤：

步骤一：按要求正确搭建实验装置，放松螺栓组，待滑靴底部恰好接触垫砖时，拧紧螺栓组；

步骤二：将驱动齿轮连接步进电机，在推焦杆的尾部安装加速度传感器，通过数据采集卡连接到计算机，进行振动数据采集；

步骤三：旋紧第一紧固螺钉、第二紧固螺钉，此时滑靴部分为刚性连接，打开电机完成模拟推焦，电机反转推焦杆撤回，完成本组数据采集；

步骤四：保持实验装置不动，拧松第一紧固螺钉，此时滑靴可完成绕Y轴转动，打开电机完成推焦、退回动作，记录实验数据；

步骤五：保持实验装置不动，拧松第二紧固螺钉，此时滑靴可同时实现成绕X轴、Y轴的转动，打开电机完成推焦、退回动作，记录实验数据；

步骤六：保持实验装置不动，拧紧第一紧固螺钉，此时滑靴可完成绕X轴转动，打开电机完成推焦、退回动作，记录实验数据；

步骤七：保持实验装置不动，调节第一紧固螺钉，使滑靴扰Y轴转动处于弱阻尼、强阻尼状态，拧紧或拧松第二紧固螺钉，做正交试验，记录实验数据；

步骤八：在滑靴底部的前后载物空间内放置不同质量的质量块，使滑靴倾斜，不断改变前后配重并重复步骤五、六、七；

步骤九：调节螺栓组，增加或减少滑靴的支撑高度，使推焦杆在弹性变形情况下重复上述步骤三至八；

步骤十：完成所有步骤后复原实验台，完成本次实验操作，在计算机进行振动信号的数据处理，对比不同实验组，分析滑靴支撑结构对推焦杆运动稳定性的影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明缩小并简化了推焦机，同时保留了实际推焦机的主要结构及工作方式，便于在实验室环境下对推焦机振动状态进行研究。

2.本发明对推焦杆支撑滑靴处进行了结构改变，用于研究滑靴支撑结构对推焦杆运动稳定性的影响。该滑靴可以在多个维度调节，同时控制多组自由度。本发明不但可以研究滑靴上各连接副对推焦装置振动稳定性的影响，也可用于研究不同因素对装置整体运动稳定性的耦合作用。

附图说明

图1是本发明的轴测图。

图2是本发明的正视图。

图3是推焦杆结构图。

图4是图3中延A~A线的断面放大图。

图5是滑靴部分的正视图。

图6是滑靴部分的左视图。

图7是滑靴中部、底部结构示意图。

图中：1-底座；2-支撑框架；3-后支撑辊；4-齿轮座；5-驱动齿轮；6-推焦杆；7-推焦头；8-螺栓组；9-滑靴上部；9-1-滑靴上部主体； 9-2-第一紧固螺钉；9-3-圆柱体；10-滑靴中部；11-滑靴底部；11-1-第二紧固螺钉；11-2-端盖；11-3-保护盖板；11-4-滑靴底部主体； 12-垫砖；13-前支撑辊。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1~2所示，本发明的主要支撑部分是板状的支撑框架2和前支撑辊13 。先取出底座1，在其上对应的安装卡槽中分别安装支撑框架2和前支撑辊13，安装完毕后保持两支撑框架2平行，在其上安装后支撑辊3和齿轮座4。在齿轮座4上安装驱动齿轮5，将驱动齿轮连接步进电机。

如图3所示，推焦杆6为前后非对称结构，其中靠近U型通孔的部分为前端。将推焦头7通过焊接连接在推焦杆6上。推焦杆6的尾部设有卡槽，如需进行长距离推焦稳定性测试，可在其尾部卡槽位置连接同样的推焦杆以增加推焦的长度，推焦杆上表面有齿条，驱动齿轮5通过齿轮齿条啮合，向推焦杆提供动力。

如图5~7所示，本装置的滑靴共有三部分组成，分别为滑靴上部9、滑靴中部10和滑靴底部11 。取滑靴中部10和滑靴底部11，将滑靴中部10的底部圆柱部分对齐滑靴底部11的圆柱槽内，安装并固定前后端盖11-2，完成滑靴中部10和滑靴底部11的固定，此时两者间无相对位移，仅可进行扰X轴的转动。安装紧固螺钉11-1和保护盖板11-2。

取滑靴上部9和滑靴中部10，对齐圆柱孔后插入圆柱体9-3，调整滑靴上部9和滑靴中部10的夹角后锁紧紧固螺钉9-2。

如图1所示放置垫砖12，将滑靴底部11放置于垫砖12顶部，此时滑靴上部9插入推焦杆6对应矩形槽内，调整推焦杆6至合适的高度，插入并拧紧螺栓组8，固定推焦杆6与滑靴上部9 。

实验平台搭建完毕，在推焦杆6的尾端安装加速度传感器并连接数据采集系统，打开电机驱动齿轮，开始实验。

上述仅本发明较佳可行的实施例，非因此局限本发明保护范围，依照上述实施例所做各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。

一种实验用推焦运动稳定性研究装置的研究方法，包括以下步骤：

步骤一：按要求正确搭建实验装置，放松螺栓组，待滑靴底部恰好接触垫砖时，拧紧螺栓组；

步骤二：将驱动齿轮连接步进电机，在推焦杆的尾部安装加速度传感器，通过数据采集卡连接到计算机，进行振动数据采集；

步骤三：旋紧第一紧固螺钉、第二紧固螺钉，此时滑靴部分为刚性连接，打开电机完成模拟推焦，电机反转推焦杆撤回，完成本组数据采集；

步骤四：保持实验装置不动，拧松第一紧固螺钉，此时滑靴可完成绕Y轴转动，打开电机完成推焦、退回动作，记录实验数据；

步骤五：保持实验装置不动，拧松第二紧固螺钉，此时滑靴可同时实现成绕X轴、Y轴的转动，打开电机完成推焦、退回动作，记录实验数据；

步骤六：保持实验装置不动，拧紧第一紧固螺钉，此时滑靴可完成绕X轴转动，打开电机完成推焦、退回动作，记录实验数据；

步骤七：保持实验装置不动，调节第一紧固螺钉，使滑靴扰Y轴转动处于弱阻尼、强阻尼状态，拧紧或拧松第二紧固螺钉，做正交试验，记录实验数据；

步骤八：在滑靴底部的前后载物空间内放置不同质量的质量块，使滑靴倾斜，不断改变前后配重并重复步骤五、六、七；

步骤九：调节螺栓组，增加或减少滑靴的支撑高度，使推焦杆在弹性变形情况下重复上述步骤三至八；

步骤十：完成所有步骤后复原实验台，完成本次实验操作，在计算机进行振动信号的数据处理，对比不同实验组，分析滑靴支撑结构对推焦杆运动稳定性的影响。