CN106824740A - 一种实验室用旋转式土壤干筛装置及干筛的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实验室用旋转式土壤干筛装置及干筛的方法。本发明包括由下至上依次螺纹连接的基座、底盘、一组筛盘和顶盖；基座为圆盘结构，圆盘的中央设有转动电机，圆盘的边缘设有环形轨道；底盘为圆盆结构，盆底边缘四周设有沿圆周均布一组滚轮，滚轮与环形轨道滚动连接；盆底封闭中央设有与转动电机连接的卡口，圆盆上端面敞开，盆的边缘设有筛盘连接的外螺纹；筛盘为圆筒结构，圆筒的下端口设有与底盘连接的内螺纹和筛网，筛网的形状为下凸球冠状，圆筒上端面敞开，圆筒的上边缘设有与其它筛盘或顶盖连接的外螺纹；顶盖的形状为圆锥状，圆锥下端面敞开，圆锥的锥顶封闭且在圆锥的锥顶设有手柄。本发明的装置零部件很少，组装简便。

Description

一种实验室用旋转式土壤干筛装置及干筛的方法

技术领域

本发明涉及一种实验室用旋转式土壤干筛装置及干筛的方法，属于土壤筛选设备技术领域。

背景技术

土壤学室内实验中，常需要制备不同颗粒级配的土样，由此便要求对碎土进行不同层次的干筛。

从根本上说，土壤干筛的基本原理就是提供给土粒某些运动，使其产生一定的过筛速度或加速度，以便穿过筛网，实现筛分的目的。当前，实验室用土壤干筛设备的筛网均是平面的，筛分过程中土粒易向筛网边缘聚集，影响了筛分效率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种实验室用旋转式土壤干筛装置及干筛的方法，以有效的防止土粒向筛网边缘聚集，同时亦对土粒过筛的加速度有增益效果，从而提高筛分效率和克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明的一种实验室用旋转式土壤干筛装置，包括由下至上依次螺纹连接的基座、底盘、一组筛盘和顶盖；基座为圆盘结构，圆盘的中央设有转动电机，圆盘的边缘设有环形轨道；底盘为圆盆结构，盆底边缘四周设有沿圆周均布一组滚轮，滚轮与环形轨道滚动连接；盆底封闭中央设有与转动电机连接的卡口，圆盆上端面敞开，盆的边缘设有筛盘连接的外螺纹；筛盘为圆筒结构，圆筒的下端口设有与底盘连接的内螺纹和筛网，筛网的形状为下凸球冠状，圆筒上端面敞开，圆筒的上边缘设有与其它筛盘或顶盖连接的外螺纹；顶盖的形状为圆锥状，圆锥下端面敞开，圆锥的锥顶封闭且在圆锥的锥顶设有手柄。

前述实验室用旋转式土壤干筛装置中，所述一组筛盘底部的筛网形状均为下凸球冠状，每个筛网的下凸球冠面半径均相等。

前述实验室用旋转式土壤干筛装置中，所述筛网孔径分为200mm、150mm、100mm、75mm、60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm、0.01mm和0.005mm多种规格。

前述实验室用旋转式土壤干筛装置中，所述一组筛盘包括至少两种以上不同规格筛网的筛盘，筛盘的数量和筛网规格根据筛分需要选择，一组筛盘由下至上底层的筛网孔径小于上层的筛网孔径。

前述实验室用旋转式土壤干筛装置中，所述手柄的形状为十字柱状。

本发明的一种采用上述实验室用旋转式土壤干筛装置对土壤进行干筛的方法为，该方法按以下步骤筛分：

步骤一，将底盘上的卡口固定在转动电机上，并将底盘上的滚轮放置在底座的环形轨道内；

步骤二，根据需要选择相应孔径的一组筛盘，按筛网孔径从小到大的顺序依次从下而上通过螺纹与底盘旋接稳妥；

步骤三，将适量土样倾倒入上部第一个筛盘内，旋紧顶盖；

步骤四，接通电源，启动转动电机开始筛分，筛分时间根据需要确定；

步骤五，筛分结束后切断电源，按顺序从上至下依次打开顶盖、各筛盘、底盘，倒出各筛盘及底盘内的土粒；

步骤六，清理装置。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明的装置零部件很少，组装简便，作为优化，顶盖、若干筛盘及底盘组装后亦可人工开展干筛操作。本发明的方法操作方便，工作过程无灰尘，特别适合用于实验室对土壤的筛分。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的局部剖视图；

图3 是图1的分解示意图；

图4是本发明的原理图。

图中标记为：1-基座、2-底盘、3-筛盘、4-顶盖、5-转动电机、6-环形轨道、7-滚轮、8-卡口、9-外螺纹、10-筛网、11-手柄。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。

本发明的一种实验室用旋转式土壤干筛装置，如图1所示：该装置包括由下至上依次螺纹连接的基座1、底盘2、一组筛盘3和顶盖4；基座1为圆盘结构，圆盘的中央设有转动电机5，圆盘的边缘设有环形轨道6；底盘2为圆盆结构，盆底边缘四周设有沿圆周均布一组滚轮7，滚轮7与环形轨道6滚动连接；盆底封闭中央设有与转动电机5连接的卡口8，圆盆上端面敞开，盆的边缘设有筛盘3连接的外螺纹9；筛盘3为圆筒结构，圆筒的下端口设有与底盘2连接的内螺纹和筛网10，筛网10的形状为下凸球冠状，圆筒上端面敞开，圆筒的上边缘设有与其它筛盘3或顶盖4连接的外螺纹9；顶盖4的形状为圆锥状，圆锥下端面敞开，圆锥的锥顶封闭且在圆锥的锥顶设有手柄11。如图2和图3所示，一组筛盘3底部的筛网10形状均为下凸球冠状，每个筛网10的下凸球冠面半径均相等。筛网10孔径分为200mm、150mm、100mm、75mm、60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm、0.01mm和0.005mm多种规格。一组筛盘3包括至少两种以上不同规格筛网10的筛盘3，筛盘3的数量和筛网10规格根据筛分需要选择，一组筛盘3由下至上底层的筛网10孔径小于上层的筛网10孔径。手柄11的形状为十字柱状。

本发明的一种采用上述实验室用旋转式土壤干筛装置对土壤进行干筛的方法为，该方法按以下步骤筛分：

步骤一，将底盘上的卡口固定在转动电机上，并将底盘上的滚轮放置在底座的环形轨道内；

步骤二，根据需要选择相应孔径的一组筛盘，按筛网孔径从小到大的顺序依次从下而上通过螺纹与底盘旋接稳妥；

步骤三，将适量土样倾倒入上部第一个筛盘内，旋紧顶盖；

步骤四，接通电源，启动转动电机开始筛分，筛分时间根据需要确定；

步骤五，筛分结束后切断电源，按顺序从上至下依次打开顶盖、各筛盘、底盘，倒出各筛盘及底盘内的土粒；

步骤六，清理装置。

实施例

本例的装置如图1所示。该装置包括顶盖4、筛盘3、底盘2、转动电机5及基座1，顶盖4与筛盘3之间、相邻筛盘3之间、筛盘3与底盘2之间均通过内、外螺纹接口组装。顶盖4呈圆锥体状，下端面敞开，上端面封闭且在中心处设有十字形手柄。筛盘3为圆筒结构，圆筒上端面敞开，下端面设置有下凸的球冠状筛网10；筛网网孔孔径分为200mm、150mm、100mm、75mm、60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm、0.01mm和0.005mm等多种规格，筛分时根据需要选择不同孔径的筛盘按孔径大小依次组装；各筛网球冠面所对应球体的半径均相等。底盘为圆盆结构，上端面敞开，下端面封闭且在中心处设有与转动电机5连接的卡口8，同时在下端面边缘的圆周上等距安装有四个滚轮7。转动电机5固定在基座1中心处，当与外部电源接通时可驱动顶盖4、筛盘3及底盘2绕其竖直中轴线匀速转动。基座1用于支撑所有的上部结构，在其上端面圆周的边缘设有与底盘2上滚轮7匹配的环形轨道6，以辅助上部结构的旋转，并防止其倾斜。转动电机5的转动速率由筛网所在球体半径R、重力加速度g和筛网最大圆心角α计算所得，具体为ω2 = g/( R•cosα)。本发明从受力的角度分析，可以有效的防止土粒向筛网边缘聚集，同时亦对土粒过筛的加速度有增益效果，从而提高筛分效率。

本发明的工作原理

如图4所示，假定土粒在球冠状筛网的边缘位置，此时圆心角最大，设土粒与中心轴的夹角为α（一般情况下0＜α＜π/4），筛网所在球体的半径为R，并设筛网绕竖直中轴线旋转的角速度为ω。旋转筛分过程中，土粒在筛网上的运动有两种受力情况：一是土粒在筛网网格上，此时土粒受到垂直向下的重力G、水平向外的离心力F_离心、网格对土粒指向圆心的支持力N以及网格对土粒的摩擦力F_f ；二是土粒在筛网网孔中，此时土粒仅受到土粒受到垂直向下的重力G及水平向外的离心力F_离心。（注：离心力并非真实受力，是假想的力，这里由于土粒处在非惯性参考系中，合外力作用力为向心力，在第一种情况中为了使土粒为平衡状态以便求其角速度，将离心力作为与向心力方向相反的力表示出来；第二种情况中由于土粒一直在做圆周运动，因此刚脱离网格时有一定的惯性，而又没有力可提供向心力，因此会做离心运动，为了更好的描述这一运动，设定离心力为与向心力大小相等、方向相反的力。）

对于第一种情况，假定土粒在球冠状筛网的边缘位置，将土粒所受的离心力和重力按上图所示分解为F₁、F₂、F₃、F₄，则土粒受到各力的大小为：

F_离心= m•R•sinα•ω2

G = m•g

N = F₂ + F₄

F_f =μ•N;（式中，m为土粒质量，g为重力加速度，μ为筛网格的摩擦系数）

且，

F₁= F_离心•cosα，F₂= F_离心•sinα，F₃= m•g•sinα，F₄= m•g•cosα;

为了使土粒向四周分散移动且不聚集在边缘，令 F₁ - F_f - F₃ = 0，则有：

m•R•sinα•ω²•cosα=μ•(m•R•sinα•ω2•sinα+m•g•cosα)+ m•g•sinα;

计算得ω的值为，

ω² = g•(μ•cosα+sinα)/ (R•sinα•cosα -μ•R•sin²α);

由于μ值很小，在讨论中将摩擦力忽略不计，因此设定，

ω² = g /( R•cosα).

若使转动电机以这一角速度旋转，在筛网除边缘外的其他网格上，圆心角均小于α，设某点的圆心角为β（一般情况下0＜β＜α＜π/4），则该点处土粒受到的离心力为

F_离心＇= m•R•sinβ•ω² ;

此时，切线方向的受力情况为，

F₁＇= F_离心＇•cosβ，F₃＇= m•g•sinβ，F_f＇忽略，则有，

F₁＇-F₃＇= m•R•sinβ•ω²•cosβ - m•g•sinβ = m•g•sinβ•cosβ/cosα - m•g•sinβ >0

此时土粒在切线方向的合力斜向上，则土粒向筛网边缘移动。然而，随着土粒向筛网边缘的移动， F₁＇-F₃＇的值会越来越小，直至为0，因此土粒很难聚集在筛网边缘，筛分效率较高。

对于第二种情况，土粒仅受到重力和离心力的作用，两者的合力必大于重力，则土粒过筛时瞬时加速度要大于重力加速度，较之平面筛网过筛效果更好。

本发明的装置零部件很少，组装简便，作为优化，顶盖、若干筛盘及底盘组装后亦可人工开展干筛操作。

Claims (6)

1.一种实验室用旋转式土壤干筛装置，其特征在于：包括由下至上依次螺纹连接的基座（1）、底盘（2）、一组筛盘（3）和顶盖（4）；基座（1）为圆盘结构，圆盘的中央设有转动电机（5），圆盘的边缘设有环形轨道（6）；底盘（2）为圆盆结构，盆底边缘四周设有沿圆周均布一组滚轮（7），滚轮（7）与环形轨道（6）滚动连接；盆底封闭中央设有与转动电机（5）连接的卡口（8），圆盆上端面敞开，盆的边缘设有筛盘（3）连接的外螺纹（9）；筛盘（3）为圆筒结构，圆筒的下端口设有与底盘（2）连接的内螺纹和筛网（10），筛网（10）的形状为下凸球冠状，圆筒上端面敞开，圆筒的上边缘设有与其它筛盘（3）或顶盖（4）连接的外螺纹（9）；顶盖（4）的形状为圆锥状，圆锥下端面敞开，圆锥的锥顶封闭且在圆锥的锥顶设有手柄（11）。

2.根据权利要求1所述实验室用旋转式土壤干筛装置，其特征在于：所述一组筛盘（3）底部的筛网（10）形状均为下凸球冠状，每个筛网（10）的下凸球冠面半径均相等。

3.根据权利要求1所述实验室用旋转式土壤干筛装置，其特征在于：所述筛网（10）孔径分为200mm、150mm、100mm、75mm、60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm、0.01mm或0.005mm多种规格。

4.根据权利要求1所述实验室用旋转式土壤干筛装置，其特征在于：所述一组筛盘（3）包括至少两种以上不同规格筛网（10）的筛盘（3），筛盘（3）的数量和筛网（10）规格根据筛分需要选择，一组筛盘（3）由下至上底层的筛网（10）孔径小于上层的筛网（10）孔径。

5.根据权利要求1所述实验室用旋转式土壤干筛装置，其特征在于：所述手柄（11）的形状为十字柱状。

6.一种采用权利要求1-5所述任一实验室用旋转式土壤干筛装置对土壤进行干筛的方法，其特征在于：按以下步骤筛分：

步骤一，将底盘上的卡口固定在转动电机上，并将底盘上的滚轮放置在底座的环形轨道内；

步骤二，根据需要选择相应孔径的一组筛盘，按筛网孔径从小到大的顺序依次从下而上通过螺纹与底盘旋接稳妥；

步骤三，将适量土样倾倒入上部第一个筛盘内，旋紧顶盖；

步骤四，接通电源，启动转动电机开始筛分，筛分时间根据需要确定；

步骤五，筛分结束后切断电源，按顺序从上至下依次打开顶盖、各筛盘、底盘，倒出各筛盘及底盘内的土粒；

步骤六，清理装置。