CN106940231B - 一种测量筒仓散体物料压力及侧壁摩擦力的试验方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及散体物料压力理论的基础研究和工程应用研究，提供了一种测量筒仓内散体物料压力分布的试验方法和装置，旨在探明筒仓底部压力场和侧壁摩阻力的分布规律，为散体物料压力理论和筒仓储料设计荷载提供试验关键技术和方法。本装置核心在于试验模型仓的微缝分离设计和各分离体上压力的自动采集和分析。仓底和仓壁分离，可分别测量仓底板压力和仓壁的侧阻力；底板分割为若干同心圆盘，可测量仓底压力的分布；仓壁中设置与上下仓壁分离的测量单元环，控制底板的升降，可测量物料对仓壁任意高程的法向压力和摩阻力；数据自动采集和分析系统，实现人机交互，操作简便。通过试验方案设计和计算分析，可得到任意高程水平截面储料的竖向应力分布。

Description

一种测量筒仓散体物料压力及侧壁摩擦力的试验方法和装置

技术领域

本发明涉及一种测量筒仓内散体物料对筒仓底部不均匀压力、仓壁侧向压力和摩擦力分布规律的方法和装置，用于散体物料压力理论的基础研究和工程应用研究。

背景技术

散体物料具有复杂的力学特性，其内部压力场分布受多种因素影响，如堆料高度，内摩擦角，摩擦系数等。目前大多储料压力的研究工作集中在储料侧压力方面，对其底部及侧壁摩擦力研究较少。现有的散体物料压力理论对散粮底部压力场的分布及其变化规律理论尚不完善。现有规范虽然给出了不同储料形式的底部压力计算方法，但仅适用于工程需要，仍无法真实的揭露其底部压力分布情况，直接测量侧壁摩擦力的技术和方法更是没有。如何准确、方便的发现散体底部压力场以及侧壁摩阻力分布规律是现有研究的关键和难点。本发明基于力的平衡分析、非电量测量技术和自动控制技术提供了一种测量筒仓内散体物料底部不均匀压力、侧壁水平压力及侧壁摩擦力分布的试验方法和装置，旨在探明散体物料内部压力场分布规律，以及侧壁摩擦力的变化趋势。

发明内容

提供了一种可以直接测量筒仓内散体物料底部不均匀压力场分布，侧壁水平压力以及不同高度侧壁摩擦力的试验方法和装置，并利用自主开发的程序，进行数据的实时采集和分析。

所述试验装置仓底板分割为若干同心圆盘和圆环，并与筒壁分离。分离间隙应确保仓底板可上下自由移动且仓内散料不得嵌入）。中心圆盘和每个圆环下方设置压力传感系统，可以实时测量记录仓底部不同位置的压力，分析底部压力场的分布规律。

所述试验装置仓筒壁设计为相互分离的上中下三段，其中中段筒壁为测量单元环。中筒和下筒壁分别设置称重式传感器，可测量各段筒壁承受物料的摩擦力。同时，中段测量单元环在其内环均匀镶嵌三个微型压力盒，可直接测量物料对筒壁的法向压力。

所述试验装置底部依靠中心螺旋丝杠实现自由升降，且配备保证升降平稳机械装置。

散体物料对筒仓底部不均匀压力、侧向压力及侧壁摩擦力分布规律测量的试验方法和装置，其特征在于，至少包括以下内容和步骤：

试验模型仓底板分割且与筒壁分离的思想和方法, 可以实时测量记录仓底部不同位置的压力，并直接测量散体储料对筒壁摩擦力的技术和方法。

上下筒壁之间增设微型测量单元环的思想和方法，测量单元环设置压力传感器测量筒仓任一位置摩擦力的思路和方法，以及测量单元环内部镶嵌微型压力盒测量散体物料水平压力的技术和方法。

附图说明

图1 散体物料压力及侧壁摩擦力测量试验装置示意图

图2 装置可视化操作界面

附图中：为上段筒壁；/>为中段微测量单元环；/>为下段筒壁；/>为底板（三部分组成：上部为不同直径的同心圆环，下部为整体支撑平台，中间为称重传感器）；/>为散体物料；/>为中段微测量单元环称重传感器；/>为下段筒壁称重传感器；/>为升降螺杆；/>为平衡支撑调节杆。

具体实施方式

本发明专利可以测量多种散体物料内部压力场和侧壁摩擦力。现以小麦为例，对本发明具体实施方式做详细介绍：

试验方案一：

步骤1：利用砝码及试验装置自带的标定模块对各压力传感器进行校准，同时确定装置的升降系统和数据采集系统正常运行；

步骤2：将底板移动至下筒底部，将试验装置的各传感器读数清零；

步骤3：每次装粮高度可根据试验精度要求设置，一般为总装粮高度H的1/10到1/20，达到预期装粮数量后使用刮板对仓内粮食进行平粮，并利用仓壁上的标尺检查粮面平整度，同时测量并记录粮堆高度，记录下装粮的重量，静置1~2分钟，记录中筒各压力传感器、下筒各压力传感器、各托盘压力传感器 ，以及底板位移传感器等各传感器的读数；

步骤4：重复步骤3，当达到预期总装粮高度H，完成各项测试，试验结束。

该试验方案可得下列成果：

1）通过每次定容量（或定重量）装料，可以通过测量储料重量（或体积）和在仓内的体积（或重量），可得出储料不同深度处的容重和密度；

2）根据仓壁摩阻力的累计增加，可算出每层粮食在相应深度处的摩阻力，得出摩阻力分布；

3）随着装粮高度的增加，仓壁总摩阻力增加，可分析出总摩阻力的变化规律，列出不同装粮高度时总摩阻力的变化曲线，进而分析出深仓效应；

4）通过每次定容量装料，可以通过仓底不同圆盘的测力值和承力面积，得到不同装粮高度下仓底压力的不均匀分布。

试验方案二：

步骤1：同试验方案一；

步骤2：将筒仓底板升至筒壁中段测量单元环最低处，将试验装置的各传感器读数清零；

步骤3：对筒仓进行装粮，记录下装粮的重量。达到预期装粮数量后使用刮板对仓内粮食进行平粮，并利用仓壁上的标尺检查粮面平整度，同时测量并记录粮堆高度。静置1~3分钟，其间多次记录试验初始状态的各传感器的读数，包括中筒压力传感器、下筒压力传感器、底板托盘压力传感器以及托盘位移传感器；

步骤4：底板通过升降螺杆逐级缓慢下降，每次缓慢下降总装粮高度的1/10或1/20，随着底板下行，通过下筒传感器可测试仓壁总摩阻力的数值变化；直到粮堆表面与中间测量圆环筒壁上沿平齐；

步骤5：重复步骤4，直至托盘下降到下筒最低处，完成试验。

该试验方案可得下列成果：

1）侧壁压力沿仓壁的分布规律；

2）侧壁摩阻力沿仓壁的分布规律；

3）底板下移时，分析摩擦充分调动下，仓壁摩阻力和仓底压力之间的动态微调。

以上以小麦为例给出了底板下降试验方案的具体实施方式,但本发明不局限于小麦以及所描述的实施方式。本发明可以测量多种散体物料的内部压力场和散体对侧壁的摩擦力，同时试验方案也包含底板的下降、上升和静止等多种形式。本发明的基本思想在于上述基本方案,对本领域普通技术人员而言,依据本发明的思路,设计出各种形式的储料类型、大小、材质等并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种测量筒仓散体物料压力及侧壁摩擦力的试验方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，步骤1：利用砝码及试验装置自带的标定模块对各压力传感器进行校准，同时确定装置的升降系统和数据采集系统正常运行，

实验装置包括筒壁和与筒壁分离的底板，底板由上部为不同直径的同心圆环、下部为整体支撑平台、中间为称重传感器三部分组成；筒壁分为上、中、下三段，上筒和下筒等高，满足高径比大于等于2，中筒为测量环，测量环与上筒、下筒分离，高度为仓径的1/10，其内壁崁入压力传感系统，实时记录测量作用在中筒仓壁的法向应力；承载中筒的竖向压力传感系统，实时记录测量作用在中筒仓壁的摩擦力；通过仓底板的升降，可使中筒测量环处于筒仓的不同高程，从而测量储料顶面以下任意高程对仓壁的法向应力和摩擦力，下筒底部设置由下段筒壁称重传感器，中筒底部设置有中段微测量单元环称重传感器，底板下端设置有升降螺杆；

步骤2：将底板移动至下筒底部，将试验装置的各传感器读数清零；

步骤3：每次装粮高度可根据试验精度要求设置，装粮高度为总装粮高度H的1/10到1/20，达到预期装粮数量后使用刮板对仓内粮食进行平粮，并利用仓壁上的标尺检查粮面平整度，同时测量并记录粮堆高度，记录下装粮的重量，静置1~2分钟，记录中筒各压力传感器、下筒各压力传感器、各托盘压力传感器，以及底板位移传感器等各传感器的读数；

步骤4：重复步骤3，当达到预期总装粮高度H，完成各项测试，试验结束。