[发明专利]冶金或焦化物料性能测定实验用负荷自动加载装置及方法

权利要求书

1.冶金或焦化物料性能测定实验用负荷自动加载装置，设于实验炉一侧，所述实验炉由炉体、炉膛管和加载杆组成，炉膛管的下部设承载盘用于承载试样，加载杆的底部伸入炉膛管内并连接压力盘，用于对试样施加压力；其特征在于，所述负荷自动加载装置包括力加载及测量机构、立柱升降机构及旋转机构；所述立柱升降机构顶部设旋转机构，并能够带动旋转机构升降；力加载及测量机构由固定支座、压力传感器、加载头和转动轴组成，固定支座的一端与旋转机构固定连接，并能够在旋转机构带动下在设定范围内水平转动；固定支座的另一端设水平的转动轴，加载头的中部与转动轴铰接并能够绕转动轴转动，加载头的一端向固定支座外侧伸出，且外伸端与加载杆连接，加载头的另一端向固定支座上方延伸；压力传感器安装在固定支座上，其底部一端通过传感器固定座与固定支座连接固定，另一端与加载头的对应端固定连接；加载杆中心到转动轴中心的距离L大于转动轴中心到压力传感器与加载头固定中心的距离L1，L = nL1，n≥2且为正整数。

2.根据权利要求1所述的冶金或焦化物料性能测定实验用负荷自动加载装置，其特征在于，所述立柱升降机构包括立柱及设于立柱中的力矩电机、丝杆、丝母、丝母防旋块和升降臂；所述力矩电机通过力矩电机座固定在立柱底部，力矩电机输出轴通过联轴器、连接件与丝杆的底端连接，丝杆的底部通过丝杆轴承支撑固定在立柱中；丝杆的上部与丝母配合连接，丝母通过丝母防旋块连接升降臂，力矩电机驱动丝杆旋转并通过丝母带动升降臂实现升降动作，升降臂与立柱之间设滑动轴承；旋转机构安装在升降臂上。

3.根据权利要求2所述的冶金或焦化物料性能测定实验用负荷自动加载装置，其特征在于，所述旋转机构包括变位电机、变位电机座、外旋臂、支撑轴承和支撑轴承座；所述变位电机固定在变位电机座的顶部，其轴线与立柱轴线重合，变位电机座的底板与升降臂顶部固定连接，变位电机座的底板上设支撑轴承座，变位电机的输出轴通过支撑轴承座中的支撑轴承支撑；外旋臂套设在升降臂上部的外侧，外旋臂的顶部与变位电机的输出轴通过转动连接件连接，在变位电机驱动下，外旋臂能够绕变位电机轴线转动；外旋臂与升降臂之间通过上部的旋臂上轴承和下部的旋臂下轴承支撑实现相对转动；力加载及测量机构中的固定支座与外旋臂固定连接。

4.根据权利要求2所述的冶金或焦化物料性能测定实验用负荷自动加载装置，其特征在于，所述力矩电机为伺服电机、步进电机或直流电机中的一种。

5.根据权利要求3所述的冶金或焦化物料性能测定实验用负荷自动加载装置，其特征在于，所述变位电机为步进电机。

6.根据权利要求1所述的冶金或焦化物料性能测定实验用负荷自动加载装置，其特征在于，所述压力传感器为S型压力传感器或悬臂梁型压力传感器。

7.根据权利要求1所述的冶金或焦化物料性能测定实验用负荷自动加载装置，其特征在于，所述固定支座由水平座板及斜支撑构成，水平座板和斜支撑分别与旋转机构中的外旋臂固定连接组成三角形支撑结构。

8.根据权利要求2所述的冶金或焦化物料性能测定实验用负荷自动加载装置，其特征在于，还包括底座，所述实验炉和立柱的底部均固定在底座上，其中立柱通过立柱固定法兰固定。

9.根据权利要求1所述的冶金或焦化物料性能测定实验用负荷自动加载装置，其特征在于，所述加载杆的顶部设承载台，加载头的对应位置设弧形槽，弧形槽开口尺寸大于加载杆的直径，弧形槽的直径小于承载台的直径。

10.采用权利要求3所述装置的冶金或焦化物料性能测定实验用负荷自动加载方法，其特征在于，采用负荷自动加载装置加载；具体包括如下步骤：

1）实验开始时，将试样加入到炉膛管的承载盘上，安装加载杆；然后启动力矩电机，立柱升降机构带动旋转机构、力加载及测量机构升降，将加载头调整到加载杆的上方；然后启动变位电机，使加载头转动后与加载杆配合连接；

2）重新启动力矩电机，使加载头带动加载杆向下方移动，压力盘接触试样后开始向试样施加压力；实际加载力为F时，试样给加载杆的反向作用力F1，F=F1，该反向作用力F1通过加载杆传递到加载头上，加载头的一端受到向上的力F1后，绕转动轴转动，加载头另一端对压力传感器施加向下的力F2，F2 = L/L1·F = nF；

3）压力传感器的信号输出端连接控制系统，由控制系统将测得的压力值F2经修正计算后得到实际加载力F；在控制系统中编制PID控制算法，并设定目标压力值，当试样膨胀时，其所受的压力值＞设定目标压力值时，力矩电机带动加载头向上移动，减小对试样的加载力；当试样收缩，其所受压力值＜设定目标压力值时，力矩电机带动加载头向下移动，增加对试样的加载力；以上过程循环进行，在此循环过程中，通过PID实时跟踪控制，保证实际加载力达到设定目标压力值；

4）根据实验过程中的温度、时间或其他参数，由控制系统对设定目标压力值进行实时修正。