一种磨辊表面涂层性能评价装置与评价方法

技术领域

本发明涉及面粉制备加工技术，特别是一种面粉磨辊表面涂层性能评价装置及评价方法。

背景技术

磨辊是小麦、玉米等谷物制粉的关键部件，通常采用拉丝或喷砂工艺在磨辊表面制备一定的表面特性以保证谷物制粉质量。近年涂层技术应用到磨辊制造中，在保证磨辊表面特性前提下提升了磨辊的使用寿命。目前涂层制备工艺方法较多，针对涂层的综合性能考核还没有专用的评价设备。特别是对涂层是否满足不同谷物需求、涂层可靠性是否达标、涂层表面形貌对制粉品质影响等仅能依靠上生产线考核，导致评价成本巨大，且过程中频繁停机对生产线寿命与精度均造成危害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种磨辊表面涂层性能评价装置及评价方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种磨辊表面涂层性能评价装置，其中，包括：

机架，中部设置有分隔平台；

快辊，设置在所述机架内一侧，并位于所述分隔平台上方，所述快辊用于安装快辊测试件；

慢辊，与所述快辊平行设置在所述机架内一侧，且所述慢辊与所述快辊相向旋转，用于安装慢辊测试件；

扎距调整机构，安装在所述分隔平台上，并与所述慢辊连接；

控制机构，安装在所述机架上，并分别与所述快辊、慢辊和扎距调整机构连接；

进料斗，对应于所述快辊和慢辊设置在所述机架的顶端；以及

储料仓，设置在所述机架内并位于所述分隔平台下方。

上述的磨辊表面涂层性能评价装置，其中，所述快辊及慢辊为平行悬臂式结构，所述快辊测试件和慢辊测试件分别对应安装在所述快辊和慢辊的侧边，以便更换试样。

上述的磨辊表面涂层性能评价装置，其中，所述快辊包括快辊支座、固定磨辊内基座、快辊轴和快辊电机，所述快辊电机通过快辊电机座安装在所述机架上，所述快辊轴通过快辊支座安装在所述机架上，所述快辊轴的一端与所述快辊电机连接，所述快辊轴的另一端与所述固定磨辊内基座连接，所述快辊测试件安装在所述固定磨辊内基座上。

上述的磨辊表面涂层性能评价装置，其中，所述慢辊包括慢辊支座、移动磨辊内基座、慢辊轴和慢辊电机，所述慢辊电机通过慢辊电机座安装在所述机架上并与所述快辊电机平行设置，所述慢辊轴通过慢辊支座安装在所述机架上并与所述快辊轴平行设置，所述慢辊轴的一端与所述慢辊电机连接，所述慢辊轴的另一端与所述移动磨辊内基座连接，所述慢辊测试件安装在所述移动磨辊内基座上。

上述的磨辊表面涂层性能评价装置，其中，所述快辊测试件包括至少2个快辊外圈和快辊表面涂层，所述快辊外圈安装在所述固定磨辊内基座上，所述快辊表面涂层包覆在所述快辊外圈上，且所述快辊表面涂层满足磨辊表面特性参数。

上述的磨辊表面涂层性能评价装置，其中，所述慢辊测试件包括至少2个慢辊外圈和慢辊表面涂层，所述慢辊外圈安装在所述移动磨辊内基座上，所述慢辊表面涂层包覆在所述慢辊外圈上，且所述慢辊表面涂层满足磨辊表面特性参数。

上述的磨辊表面涂层性能评价装置，其中，所所述快辊表面涂层和所述慢辊表面涂层的磨辊表面特性参数不同，以增加一次研磨测试的灵活性。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种磨辊表面涂层性能评价方法，其中，包括如下步骤：

S100、准备，对快辊测试件和慢辊测试件进行拍照、称重，并记录数据；将快辊测试件和慢辊测试件分别安装在快辊的固定磨辊内基座和慢辊的移动磨辊内基座上，并根据需要调整所述快辊和慢辊的辊间扎距；根据试验需要调配试验原料，并将其放入进料斗；

S200、设置试验参数，通过控制机构设定所述快辊和慢辊的运动速度、试样转动圈数和时长；并根据运动速度调节摄像机拍照频率，保证间隔固定时间对所述快辊测试件和慢辊测试件表面磨损情况进行记录；根据实际测量需求设定传感器检测次数；

S300、监控试验过程，试验过程中对试验运动速度、时间、原料研磨破碎状态、快辊测试件和慢辊测试件磨损情况进行监测，到达设定试样转动圈数或时长后，取下所述快辊测试件和慢辊测试件；以及

S400、试验后处理，取出完成试验的所述快辊测试件和慢辊测试件，对快辊测试件和慢辊测试件进行清洗和烘干，并评判所述快辊测试件和慢辊测试件的各项性能。

上述的磨辊表面涂层性能评价方法，其中，步骤S400进一步包括：

S401、通过观察所述快辊测试件和慢辊测试件表面是否有组织脱落现象评判所述快辊测试件和慢辊测试件的抗冲击性能；

S402、测量所述快辊测试件和慢辊测试件的重量，记录磨损量随时间变化的折线图，与标准部件的磨损量比较，评判所述快辊测试件和慢辊测试件的耐磨损性能；

S403、对比速度、快/慢辊线速差、辊间扎距、原料粒度、进料流量和磨损变化图试验数据，评判不同因素对所述快辊测试件和慢辊测试件耐磨性能的影响。

上述的磨辊表面涂层性能评价方法，其中，步骤S400还包括：

S404、将磨损试验结束后的所述快辊测试件和慢辊测试件，切出面积为n×n的试样，放在带有能谱分析仪的显微镜下观察所述快辊测试件和慢辊测试件的显微组织的变化，以判断磨损机理。

本发明的技术效果在于：

本发明针对制粉行业的需求，结合谷物研磨原理和涂层技术，提供了实验室型谷物研磨与破碎模拟过程的多环境因素耦合评价装置和方法，可模拟谷物研磨破碎过程，并能测试、评价涂层性能；采用“短磨辊”、磨辊“内外圈分离”和磨辊外圈“模块化组合”的结构，提高了测试效率，降低了测试成本，为开发与优化磨辊涂层设计提供了技术支持。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施不含进料斗的结构示意图；

图2为本发明一实施含进料斗的结构示意图；

图3为本发明一实施的快辊结构示意图；

图4为本发明一实施的慢辊结构示意图；

图5为本发明一实施的快辊测试件局部结构示意图。

其中，附图标记

1机架

11分隔平台

12护板

2快辊

21快辊支座

22快辊轴

23快辊轴承座

24快辊轴承

25快辊电机

26快辊电机座

27固定磨辊内基座

3控制机构

31交互式界面

32控制柜

4慢辊

41慢辊支座

42慢辊轴

43慢辊轴承座

44慢辊轴承

45慢辊电机

46慢辊电机座

47移动磨辊内基座

5扎距调整机构

51V型滑轨

52微调机构

6快辊测试件

61快辊外圈

62快辊表面涂层

63第一固定板

7慢辊测试件

71慢辊外圈

72慢辊表面涂层

73第二固定板

8进料斗

81导料槽

82流量调节结构

83检修观察口

84出料槽

9储料仓

10试验原料

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1及图2，图1为本发明一实施不含进料斗8的结构示意图，图2为本发明一实施含进料斗8的结构示意图。本发明的磨辊表面涂层性能评价装置包括：机架1，中部设置有分隔平台11，机架1外围设置有护板12；快辊2，设置在所述机架1内一侧，并位于所述分隔平台11上方，所述快辊2用于安装快辊测试件6；慢辊4，与所述快辊2平行设置在所述机架1内一侧，所述慢辊4与所述快辊2相向旋转，所述慢辊4用于安装在慢辊测试件7；扎距调整机构5，安装在所述分隔平台11上，并与所述慢辊4连接，包括V型滑轨51和微调机构52，V型滑轨51包括上、下滑槽；微调机构52包括固定螺母、顶杆、手轮和锁紧机构，用于调整两平行磨辊扎距的一致性；控制机构3，安装在所述机架1上，并分别与所述快辊2、慢辊4和扎距调整机构5连接；进料斗8，对应于所述快辊2和慢辊4设置在所述机架1的顶端；以及储料仓9，设置在所述机架1内并位于所述分隔平台11下方，测试原料例如谷物放置在进料斗8内，经研磨破碎后储存在所述储料仓9内。其中，所述快辊2及慢辊4为平行悬臂式结构，所述快辊测试件6和慢辊测试件7分别通过第一固定板63和第二固定板73对应安装在所述快辊2和慢辊4的侧边，以便更换试样。进料斗8设置在快辊2、慢辊4侧边，与机架1顶端通过螺栓连接，进料斗8包括导料槽81、流量调节结构82、检修观察口83和出料槽84等；控制机构3包括交互式界面31和控制柜32，控制柜32设置在机架1下层内，通过交互式界面31设定参数调整，独立调整快辊2和慢辊4线速度和启停。

参见图3，图3为本发明一实施的快辊2结构示意图。本实施例的所述快辊2设置在分隔平台11上方，并通过螺栓固定，包括快辊支座21、固定磨辊内基座27、快辊轴22和快辊电机25，所述快辊电机25通过快辊电机座26安装在所述机架1上，所述快辊轴22通过快辊支座21安装在所述机架1上，所述快辊轴22的一端与所述快辊电机25连接，所述快辊轴22的另一端与所述固定磨辊内基座27连接，所述快辊测试件6安装在所述固定磨辊内基座27上。快辊轴22通过快辊轴承24和快辊轴承座23支撑，快辊轴承座23通过螺栓与快辊支座21连接；固定磨辊内基座27通过键与快辊轴22连接；快辊支座21上方设置快辊电机座26与快辊电机25，并通过螺栓与快辊支座21固定；快辊电机25和快辊轴22通过皮带传动连接。

参见图4，图4为本发明一实施的慢辊4结构示意图。本实施例的所述慢辊4设置在扎距调整机构5上方，并通过螺栓固定，包括慢辊支座41、移动磨辊内基座47、慢辊轴42和慢辊电机45，所述慢辊电机45通过慢辊电机座46安装在所述机架1上并与所述快辊电机25平行设置，所述慢辊轴42通过慢辊支座41安装在所述机架1上并与所述快辊轴22平行设置，所述慢辊轴42的一端与所述慢辊电机45连接，所述慢辊轴42的另一端与所述移动磨辊内基座47连接，所述慢辊测试件7安装在所述移动磨辊内基座47上。慢辊轴42通过慢辊轴承44和慢辊轴承座43支撑，慢辊轴承座43通过螺栓与慢辊支座41连接；移动磨辊内基座47通过键与慢辊轴42连接；慢辊支座41上方设置有慢辊电机座46与慢辊电机45，并通过螺栓与慢辊支座41固定；慢辊电机45和慢辊轴42通过皮带传动连接。

参见图5，图5为本发明一实施的快辊测试件6局部结构示意图。所述快辊测试件6包括至少2个快辊外圈61和快辊表面涂层62，所述快辊外圈61安装在所述固定磨辊内基座27上，所述快辊表面涂层62包覆在所述快辊外圈61上，且所述快辊表面涂层62满足磨辊表面特性参数。其中，所述慢辊测试件7包括至少2个慢辊外圈71和慢辊表面涂层72，所述慢辊外圈71安装在所述移动磨辊内基座47上，所述慢辊表面涂层72包覆在所述慢辊外圈71上，且所述慢辊表面涂层72满足磨辊表面特性参数，其中，快、慢辊表面特性参数一致，磨辊表面特性参数包括齿辊的齿数、磨齿斜度、齿形，光棍的表面光洁度、中凸度等。所述快辊表面涂层62和所述慢辊表面涂层72的磨辊表面特性参数不同，以增加一次研磨测试的灵活性。

本发明的快辊2和慢辊4均采用悬臂式结构，快辊测试件6和慢辊测试件7均安装在侧边，以便快速更换快、慢辊4测试。其中快辊测试件6包括多个快辊外圈61(个数n≥2)、快辊表面涂层62(对比用可以没有涂层)和第一固定板63；快辊测试件6安装在固定磨辊内基座27表面，通过键与固定磨辊内基座27连接，通过第一固定板63及螺栓与固定磨辊内基座27轴向固定。慢辊测试件7包括多个慢辊外圈71(个数n≥2)、慢辊表面涂层72(对比用可以没有涂层)和第二固定板73；慢辊测试件7安装在移动磨辊内基座47表面，通过键与移动磨辊内基座47连接，通过第二固定板73及螺栓与移动磨辊内基座47轴向固定。其中，快辊外圈61和慢辊外圈71表面满足磨辊表面特性参数，在此基础上制备快辊表面涂层62或慢辊表面涂层72，依次用作测试样件；快辊外圈61和慢辊外圈71表面参数及表面制备的涂层快辊表面涂层62或慢辊表面涂层72允许有差异，依此增加一次研磨测试的灵活性。

本发明的磨辊表面涂层性能评价方法，包括如下步骤：

步骤S100、准备，对快辊测试件6和慢辊测试件7进行拍照、称重，并记录数据；将快辊测试件6和慢辊测试件7分别安装在快辊2的固定磨辊内基座27和慢辊4的移动磨辊内基座47上，并根据需要调整所述快辊2和慢辊4的辊间扎距；根据试验需要调配试验原料10，并将其放入进料斗8；

步骤S200、设置试验参数，通过控制机构3设定所述快辊2和慢辊4的运动速度、试样转动圈数和时长；并根据运动速度调节摄像机拍照频率，保证间隔固定时间对所述快辊测试件6和慢辊测试件7表面磨损情况进行记录；根据实际测量需求设定传感器检测次数；

步骤S300、监控试验过程，试验过程中对试验运动速度、时间、原料研磨破碎状态、快辊测试件6和慢辊测试件7磨损情况进行监测，到达设定试样转动圈数或时长后，取下所述快辊测试件6和慢辊测试件7；以及

步骤S400、试验后处理，取出完成试验的所述快辊测试件6和慢辊测试件7，对快辊测试件6和慢辊测试件7进行清洗和烘干，并评判所述快辊测试件6和慢辊测试件7的各项性能。

其中，步骤S400进一步包括：

步骤S401、通过观察所述快辊测试件6和慢辊测试件7表面是否有组织脱落现象评判所述快辊测试件6和慢辊测试件7的抗冲击性能；

步骤S402、测量所述快辊测试件6和慢辊测试件7的重量，记录磨损量随时间变化的折线图，与标准部件的磨损量比较，评判所述快辊测试件6和慢辊测试件7的耐磨损性能；

步骤S403、对比速度、快/慢辊4线速差、辊间扎距、原料粒度、进料流量和磨损变化图试验数据，评判不同因素对所述快辊测试件6和慢辊测试件7耐磨性能的影响；以及

步骤S404、将磨损试验结束后的所述快辊测试件6和慢辊测试件7，切出面积为n×n(优选10mm×10mm)的试样，放在带有能谱分析仪的显微镜下观察所述快辊测试件6和慢辊测试件7的显微组织的变化，以判断磨损机理。

本发明一实施例中，磨辊表面涂层性能评价方法包括如下过程：

制备待测试样：包括制备测试外圈和表面涂层两个部分。首先，根据研磨工艺需求，制备表面具有一定表面特性参数的测试外圈，在同一批研磨测试时，要求测试外圈表面的特性参数一致；然后在测试外圈表面制备耐磨涂层，要求表面涂层性质具有一定的差异性，该差异性主要体现在耐磨涂层的制备工艺参数有所调整，对比辊表面可以不制备耐磨涂层；测试外圈和涂层合为一体，作为待测试样。

安装待测试样：首先，确认设备处于停止运行状态，切断设备电源；然后，打开观察门，将多个待测试样安装在设备快轴和慢轴上，轴向、径向确定牢固；待测试样的组合方式(如锋-锋、顿-顿、锋-顿、顿-锋组合，单个磨齿有锋角和钝角之分，成对工作的两个磨辊具有不同的转速和转向，因此快辊齿角与慢辊齿角的排列有锋-锋、顿-顿、锋-顿、顿-锋四种组组合。例如，快辊锋角向上，慢辊锋角向下，是锋-锋组合；快辊锋角向下，慢辊锋角向上，是顿-顿组合。不同组合方式对物料的粉碎效果不同，主要由研磨工艺定，同时也影响磨齿的耐磨性。在此步骤中结合研磨工艺需求，主要考察不同的组合方式对磨辊表面耐磨性的影响)。可根据研磨工艺而定；最后，关闭观察门并固定。

装载研磨物料：关闭流量门，将待研磨试验原料10放至上方进料斗8内；要求待研磨试验原料10具有稳定特性，优选清理且分级后的试验原料10最优。

研磨准备：首先，调整扎距调节结构，确保快辊2和慢辊4间的轴向间距一致且符合研磨工艺要求，扎距调整完毕后锁紧该机构；然后，打开进料门并调整进料开度，保证快辊2和慢辊4研磨区充满试验原料10。

研磨：首先，接通电源，设备供电；然后，通过交互式界面31分别输入快辊2、慢辊4频率，依此调整研磨速度，要求快辊2、慢辊4频率存在差异，以实现线速差；最后，打开启动按钮，进入研磨过程，研磨后的试验原料10进入下层储料仓9。

关机准备：自动检测到待研磨物料进入下料位时，慢辊4动作，实现离扎。然后，控制停止运行。

检查试样磨损程度：主要可包括如下三种方式：

1)装机检测，停机状态下打开观察门，清扫试样表面研磨破碎物，借助齿形轮廓仪多点位对比试样的齿顶、齿面等表面特性的磨损状态；

2)卸载检测，拆卸下试样，表面清理后借助扫描电镜等仪器判断涂层磨损状态，也可通过光洁度测试仪分析光洁参数变化；

3)破坏检测，将试样分割制备成专用样块，用于更深入的研究分析。

最后，清理设备内部及周围遗留的物料，并恢复到初始状态。

本发明用于解决研制磨辊涂层过程中，所研制涂层性能需及时检测，而实验室型研磨及破碎专用装备缺乏，产线装机检测效率低、周期长、成本高、检测手段单一等问题，其具备四个主要功能：

1)对谷物进行研磨与破碎，辊径

2)灵活调整扎距、转速等制粉工艺参数，依次优化参数组合；

3)磨辊表面制备有研制的磨辊涂层(对比辊可以没有涂层)；

4)磨辊长度短(单片20-30mm)、模块化组合，可一次测试完成多组涂层性能检测。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。