CN102788658B - 一种用于量筒散粒体底部压力测试的室内实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种用于量筒散粒体底部压力测试的室内实验装置及方法，该装置包括电子称，还包括主框架和量筒，所述的主框架由底座、螺纹丝杠、移动底座、螺母、轴承、第一圆锥齿轮、摇杆、摇杆支架、右侧立柱、固定柱-立柱连接杆、右侧固定柱、套筒立柱、套筒、套筒-螺母连接杆和第二圆锥齿轮组成；本发明不仅可以测试散粒体流动过程中量筒的底部压力，同时还可以对散粒体贮存量筒过程中底部压力变化的全过程进行实时测试。另外，该设备还可改变量筒底部结构形式，对漏斗等不同形式底部结构量筒的底部压力进行测试。
Description
技术领域
本发明属于地下采矿溜井放矿与量筒装卸料工艺的底部压力测试领域，具体涉及一种用于量筒散粒体底部压力测试的室内实验装置及方法。
背景技术
量筒作为散粒体运输与储存的重要结构，在工业生产中应用极为普遍，例如：地下开采过程中下卸矿体的溜井通道，工业原料、粮食作物储存的大型量筒，等等。量筒的底部压力是量筒底部结构设计的重要荷载，目前该荷载的计算主要利用经验公式，现场测试与数值模拟三种手段。然而大量的实践证明经验公式法（Janssen公式）与实际测试结果相差较大，甚至一些计算与工程现象相悖；现场测试由于受到场地、设备以及人员安全等条件的制约（特别是大型溜井与大型量筒），往往难以进行现场操作，而且其结果具有较大的离散性，不宜进行分析研究；数值模拟是现阶段主要的利用手段，但是由于颗粒体间，颗粒体与井壁间的摩擦系数难以确定，因此其结果仅能够进行定性分析，无法作为设计的主要依据。
由于散粒体在量筒中堆放时，主要存在三种状态。第一种，量筒底部闸门处于关闭状态，并且散体贮存高度较小时，此时散粒体与井壁间没有任何相对运动，侧壁无静摩擦力，量筒底部的静压力等于溜井内所有矿体的总重。第二种，当量筒底部闸门关闭，并且贮存一定高度散粒体时，量筒内散粒体在重力作用下，变得逐渐密实，散粒体产生竖向变形，与此同时散粒体与井壁之间出现了相对运动或者相对运动的趋势，这样量筒内壁上产生了摩擦阻力，该情况下，量筒底部的压力小于散粒体的总重。第三种：当贮满散粒体的量筒打开闸门，下卸内部散粒体，并再次关闭闸门时，此时散粒体与量筒之间产生相对滑动，量筒内散粒体的重力大部分被筒壁的摩擦力所承担，此时，底部压力较第二种状态还要减小一些。上述过程包括了散粒在量筒内的三种运动形式与底部压力的三种状态，目前还没有任何室内试验可以对这三种状态下的量筒的底部压力进行精确测量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种用于量筒散粒体底部压力测试的室内实验装置及方法，以避免现场测试受到场地、设备以及人员安全等条件的制约，导致测量数据不准确的现象，并实现在室内对量筒的底部压力进行测量的目的。
一种用于量筒散粒体底部压力测试的室内实验装置，该装置包括电子称，还包括主框架和量筒，所述的主框架由底座、螺纹丝杠、移动底座、螺母、轴承、第一圆锥齿轮、摇杆、摇杆支架、右侧立柱、固定柱-立柱连接杆、右侧固定柱、套筒立柱、套筒、套筒-螺母连接杆和第二圆锥齿轮组成；其中，所述的底座右端设置有右侧固定柱，底座左端设置有摇杆支架，在所述的右侧固定柱与摇杆支架之间设置有右侧立柱，用于固定量筒；右侧立柱与右侧固定柱之间通过固定柱-立柱连接杆连接；所述的摇杆支架上设置有摇杆，其中，摇杆横穿摇杆支架，并且带有摇把的一端固定于摇杆支架上，另一端固定于底座；所述的摇杆上设置有第一圆锥齿轮，所述的第一圆锥齿轮啮合第二圆锥齿轮，所述的第二圆锥齿轮上设置有螺纹丝杠，所述的螺纹丝杠穿过底座，并且螺纹丝杠与底座通过轴承进行连接；所述的螺纹丝杠上设置有螺母，螺母上设置有移动底座，旋转螺纹丝杠使螺母和移动底座沿螺纹丝杠上下移动；在所述的底座上还设置有套筒立柱，且套筒立柱与螺纹丝杠平行，套筒立柱上设置有套筒，上述套筒与螺母之间通过套筒-螺母连接杆连接；所述的量筒包括量筒主体和插板，所述的量筒主体下端设置有开口，所述的插板插入量筒主体下端开口。
所述的固定柱-立柱连接杆，可设置多个，并均匀分布于右侧立柱与右侧固定柱之间。
所述的右侧立柱包括立柱和横向支架，所述的横向支架用于固定量筒。
所述的插板上设置有半圆形凸起，所述的半圆形内径大小与量筒外径大小相等。
采用一种用于量筒散粒体底部压力测试的室内实验装置进行压力测试的方法，包括以下步骤：
步骤1、散粒体处于静止状态下，量筒底部压力的测试；抽出插板，将量筒放置于电子称的托盘上，缓慢均匀往量筒中注入散粒体，不间断记录量筒底部的重量值，直至量筒底部的电子秤的读数不再变化，此时散粒体处于静止状态，电子秤的读数即为量筒底部压力值；
步骤2、继续缓慢均匀往量筒中注入散粒体，使散粒体贮存高度超过4倍的量筒直径；
步骤3、散粒体与量筒之间存在最大静摩擦力状态下，量筒底部压力的测试；缓慢微调摇杆，使得电子秤上的托盘有向下的运动趋势，记录电子秤读数并取读数的最小值，电子秤的最小读数即为量筒底部压力值；
步骤4、散粒体在量筒中下卸过程状态下，量筒底部压力的测试；将量筒内的散粒体清空，插入插板，将量筒放置于电子称的托盘上，缓慢均匀往量筒中注入散粒体直至散粒体高度超过4倍的量筒直径，此时迅速抽出插板，进行多次测试，记录电子秤的读数并求得平均读数值，该电子秤的平均数即为量筒底部的压力值。
本发明优点：
本发明提出一种用于量筒散粒体底部压力测试的室内实验装置及方法，不仅可以测试散粒体流动过程中量筒的底部压力，同时还可以对散粒体贮存量筒过程中底部压力变化的全过程进行实时测试。另外，该设备还可改变量筒底部结构形式，对漏斗等不同形式底部结构量筒的底部压力进行测试。
附图说明
图1为本发明一种实施例整体结构示意图；
其中，1-主框架，2-量筒，3-电子秤；
图2为本发明一种实施例主框架的主视图；
其中，1-1底座，1-2螺纹丝杠，1-3移动底座，1-4螺母，1-5轴承，1-6第一圆锥齿轮，1-7摇杆，1-8摇杆支架，1-9右侧立柱，1-10固定柱-立柱连接杆，1-11右侧固定柱，1-15第二圆锥齿轮；
图3为本发明一种实施例主框架的左视图；
其中，1-12套筒立柱，1-13套筒，1-14套筒-螺母连接杆；
图4为本发明一种实施例量筒结构主视图；
其中，2-1量筒主体，2-2插板；
图5为本发明一种实施例量筒俯视图和左视图；
其中，（a）为俯视图；（b）为左视图；
图6为本发明一种实施例电子称结构示意图；
其中，3-1高精度电子称，3-2天平托盘；
图7为本发明一种实施例方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例做进一步说明。
如图1所示，一种用于量筒散粒体底部压力测试的室内实验装置，该装置包括电子称3，还包括主框架1和量筒2。
如图2所示，所述的主框架1包括底座1-1、螺纹丝杠1-2、移动底座1-3、螺母1-4、轴承1-5、第一圆锥齿轮1-6、摇杆1-7、摇杆支架1-8、右侧立柱1-9、固定柱-立柱连接杆1-10、右侧固定柱1-11、套筒立柱1-12、套筒1-13、套筒-螺母连接杆1-14和第二圆锥齿轮1-15；
其中，所述的底座1-1右端设置有右侧固定柱1-11，底座1-1左端设置有摇杆支架1-8，在所述的右侧固定柱1-11与摇杆支架1-8之间设置有右侧立柱1-9，用于固定量筒2；右侧立柱1-9与右侧固定柱1-11之间通过固定柱-立柱连接杆1-10连接；所述的固定柱-立柱连接杆1-10，可设置多个，并均匀分布于右侧立柱1-9与右侧固定柱1-11之间。所述的右侧立柱包括立柱和横向支架，所述的横向支架用于固定量筒2。
所述的摇杆支架1-8上设置有摇杆1-7，其中，摇杆1-7横穿摇杆支架1-8，并且带有摇把的一端固定于摇杆支架1-8上，另一端固定于底座1-1；所述的摇杆1-7上设置有第一圆锥齿轮1-6，所述的第一圆锥齿轮1-6啮合第二圆锥齿轮1-15，所述的第二圆锥齿轮1-15上设置有螺纹丝杠1-2，所述的螺纹丝杠1-2穿过底座1-1，并且螺纹丝杠1-2与底座1-1通过轴承1-5进行连接；所述的螺纹丝杠1-2上设置有螺母1-4，螺母1-4上设置有移动底座1-3，旋转螺纹丝杠1-2使螺母1-4和移动底座1-3沿螺纹丝杠1-2上下移动；
如图3所示，在所述的底座1-1上还设置有套筒立柱1-12，且套筒立柱1-12与螺纹丝杠1-2平行，套筒立柱1-12上设置有套筒1-13，上述套筒1-13与螺母1-4之间通过套筒-螺母连接杆1-14连接。
如图4所示，所述的量筒2包括量筒主体2-1和插板2-2，所述的量筒主体2-1下端设置有开口，所述的插板2-2插入量筒主体2-1下端开口。
如图5所示，所述的插板2-2上设置有半圆形凸起，所述的半圆形内径大小与量筒外径大小相等。
如图6所示，所述电子称包括高精度电子称3-1和天平托盘3-2。
采用一种用于量筒散粒体底部压力测试的室内实验装置的压力测试方法，如图7所示，包括以下步骤：
步骤1、抽出插板2-2，将量筒2放置于电子称3的托盘上，缓慢均匀往量筒2中注入散粒体，不间断记录量筒底部的重量值，直至量筒底部的电子秤3的读数不再变化，此时贮存高度较小，即散粒体处于静止状态；
步骤2、继续缓慢均匀往量筒2中注入散粒体，使散粒体贮存高度超过预设高度，所述的预设高度经大量实验取得，量筒底部的电子秤3的读数不再随着贮存高度的增加而发生变化；
步骤3、缓慢微调摇杆1-7，使得电子秤3上的托盘有向下的运动趋势，记录电子秤读数的最小值，即为筒壁与散粒体之间的出现最大摩擦力时，散粒体作用在量筒底部的压力值；
由于最大静摩擦力大于滑动摩擦力，因此在散粒体从静止到下卸运动过程中，筒壁与散粒体之间的摩擦力经历了由小到大，再由大变小的过程，因此当电子秤读数最小时，即为筒壁与散粒体之间的出现最大摩擦力时，散粒体作用在量筒底部的压力值。
步骤4、将量筒2内的散粒体清空，插入插板2-2，将量筒2放置于电子称3的托盘上，缓慢均匀往量筒2中注入散粒体直至散粒体高度超过预设高度，此时迅速抽出插板2-2，进行多次测试，记录电子秤3的读书并求得平均读数值，即为散粒体在量筒内下卸过程中作用在量筒底部的压力值。
Claims (5)
1.一种用于量筒散粒体底部压力测试的室内实验装置，该装置包括主框架（1）、量筒（2）和电子称（3），所述的主框架（1）包括底座（1-1）、移动底座（1-3）和用于固定量筒（2）的右侧立柱（1-9），其特征在于：所述的主框架（1）还由螺纹丝杠（1-2）、螺母（1-4）、轴承（1-5）、第一圆锥齿轮（1-6）、摇杆（1-7）、摇杆支架（1-8）、固定柱-立柱连接杆（1-10）、右侧固定柱（1-11）、套筒立柱（1-12）、套筒（1-13）、套筒-螺母连接杆（1-14）和第二圆锥齿轮（1-15）组成；其中，所述的底座（1-1）右端设置有右侧固定柱（1-11），底座（1-1）左端设置有摇杆支架（1-8），在所述的右侧固定柱（1-11）与摇杆支架（1-8）之间设置有右侧立柱（1-9）；右侧立柱（1-9）与右侧固定柱（1-11）之间通过固定柱-立柱连接杆（1-10）连接；所述的摇杆支架（1-8）上设置有摇杆（1-7），其中，摇杆（1-7）横穿摇杆支架（1-8），并且带有摇把的一端固定于摇杆支架（1-8）上，另一端固定于底座（1-1）；所述的摇杆（1-7）上设置有第一圆锥齿轮（1-6），所述的第一圆锥齿轮（1-6）啮合第二圆锥齿轮（1-15），所述的第二圆锥齿轮（1-15）上设置有螺纹丝杠（1-2），所述的螺纹丝杠（1-2）穿过底座（1-1），并且螺纹丝杠（1-2）与底座（1-1）通过轴承（1-5）进行连接；所述的螺纹丝杠（1-2）上设置有螺母（1-4），螺母（1-4）上设置有移动底座（1-3），旋转螺纹丝杠（1-2）使螺母（1-4）和移动底座（1-3）沿螺纹丝杠（1-2）上下移动；在所述的底座（1-1）上还设置有套筒立柱（1-12），且套筒立柱（1-12）与螺纹丝杠（1-2）平行，套筒立柱（1-12）上设置有套筒（1-13），上述套筒（1-13）与螺母（1-4）之间通过套筒-螺母连接杆（1-14）连接；所述的量筒（2）包括量筒主体（2-1）和插板（2-2），所述的量筒主体（2-1）下端设置有开口，所述的插板（2-2）插入量筒主体（2-1）下端开口。
2.根据权利要求1所述的一种用于量筒散粒体底部压力测试的室内实验装置，其特征在于：所述的固定柱-立柱连接杆（1-10），可设置多个，并均匀分布于右侧立柱（1-9）与右侧固定柱（1-11）之间。
3.根据权利要求1所述的一种用于量筒散粒体底部压力测试的室内实验装置，其特征在于：所述的右侧立柱（1-9）包括立柱和横向支架，所述的横向支架用于固定量筒（2）。
4.根据权利要求1所述的一种用于量筒散粒体底部压力测试的室内实验装置，其特征在于：所述的插板（2-2）上设置有半圆形凸起，所述的半圆形内径大小与量筒外径大小相等。
5.采用权利要求1所述的一种用于量筒散粒体底部压力测试的室内实验装置进行压力测试的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、散粒体处于静止状态下，量筒底部压力的测试；抽出插板，将量筒放置于电子称的托盘上，缓慢均匀往量筒中注入散粒体，不间断记录量筒底部的重量值，直至量筒底部的电子称的读数不再变化，此时散粒体处于静止状态，电子称的读数即为量筒底部压力值；
步骤2、继续缓慢均匀往量筒中注入散粒体，使散粒体贮存高度超过4倍的量筒直径；
步骤3、散粒体与量筒之间存在最大静摩擦力状态下，量筒底部压力的测试；缓慢微调摇杆，使得电子称上的托盘有向下的运动趋势，记录电子称读数并取读数的最小值，电子称的最小读数即为量筒底部压力值；
步骤4、散粒体在量筒中下卸过程状态下，量筒底部压力的测试；将量筒内的散粒体清空，插入插板，将量筒放置于电子称的托盘上，缓慢均匀往量筒中注入散粒体直至散粒体高度超过4倍的量筒直径，此时迅速抽出插板，进行多次测试，记录电子称的读数并求得平均读数值，该电子称的读数平均数即为量筒底部的压力值。
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