CN107144500A - 一种散体颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农业领域，尤其是一种散体颗粒测试装置。本发明中的一种散体颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量装置，包括落料机构、撞击机构、落料收集机构和分析机构；撞击机构位于落料机构下方，落料机构用于将待测量的颗粒从高处放入撞击机构，落料机构设有与待测量颗粒粒径配合的落料孔；撞击机构将落料机构流出的颗粒碰撞到落料收集机构中，落料收集机构位于颗粒碰撞后的落料处，落料收集机构用于对撞击机构出来的颗粒进行分类收集，分析机构用于对落料机构中的颗粒进行定量分析。方便对散体颗粒进行碰撞落点分布和碰撞恢复系数进行测量，结构简单，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及农业领域，尤其是一种散体颗粒测试装置。
本发明涉及农业领域，尤其是一种散体颗粒碰撞测试方法。
背景技术
散体颗粒恢复系数可以用撞击后的反弹速度与撞击前的速度的比值来定义，即e＝VR/V，颗粒碰撞恢复系数的物理意义在于描述碰撞前后的能量损失大小。在农业播种器(如小麦播种器、大豆播种器)的数值模拟过程中，散体物料颗粒(如水稻种、大豆种、小麦种)的碰撞恢复系数是描述颗粒运动的关键参数之一，利用这一参数，可以方便的计算出颗粒碰撞接触后的速度大小。
现有技术多采用高速摄像机追踪颗粒碰撞前后的运动轨迹或检测碰撞产生的信号后计算碰撞恢复系数，如Kharaz A H，Gorham D A，Salman A D.在An experimentalstudy of the elastic rebound of spheres([J].Powder Technology，2001，120(3)：281-291.)中提供了一种用高速摄像机单个测量圆形颗粒恢复系数的方法；Wang L，ZhouW，Ding Z，et al.在Experimental determination of parameter effects on thecoefficient of restitution of differently shaped maize in three-dimensions([J].Powder Technology，2015，284(10)：187-194.)中提供了一种高速摄像机单个测量玉米颗粒恢复系数的方法；东南大学在申请号：201410491912.3、名称：一种燃料颗粒热态碰撞恢复系数测量装置及测量方法、公开日：2015.1.21的发明专利中公开了一种燃料颗粒热态碰撞恢复系数测量装置及测量方法，燃烧系统和碰撞系统被置于一个密封腔内，密封腔与气源相连，可通过流量阀调节燃烧气氛；燃烧反应装置为具有温度控制功能的管式电加热炉，实现燃料颗粒的加温；燃料颗粒温度的追踪使用红外热成像仪，实现非接触测量颗粒碰撞时的温度；使用高速摄像机对燃料颗粒碰撞前后的运动图像进行捕捉，利用图像分析，获得颗粒碰撞前后的速度，计算获得碰撞恢复系数。本装置在高温热态条件下测得的颗粒碰撞恢复系数，对热态流化床的数理建模具有重要的实际价值；同时区别于冷态实验，热态工况更加接近流化床中燃料燃烧真实环境，因此得到的实验数据可以用来分析判别燃料燃烧中的聚团、结块趋势。华侨大学和福建南方路面机械有限公司在申请号：201610696850.9、名称：一种确定金属材料接触碰撞中恢复系数的试验装置、公开日：2016.11.16的发明专利中公开了一种确定金属材料接触碰撞中恢复系数的试验装置，包括金属球、金属板、速度传感器和采集卡，所述金属球位于金属板上方，且金属球与金属板距离固定，速度传感器放置在金属板上，采集卡与速度传感器电连接。华侨大学在申请号：201610887586.7、名称：一种基于声波传感测定材料碰撞恢复系数的装置、公开日：2017.01.04的发明专利中公开了一种基于声波传感测定材料碰撞恢复系数的装置，装置包括底座、支架、横梁、碰撞球、碰撞板、声音传感器、采集卡和计算机；所述碰撞板和支架固定在底座上，横梁安装在支架上，且横梁位于碰撞板上方，碰撞球嵌在横梁上，声音传感器设置在碰撞板旁边且靠近碰撞球下落的位置，所述声音传感器、采集卡与计算机依次连接；所述碰撞球与碰撞板分别采用不同的碰撞材料制成。杨明金、李伟清、李庆东在包衣稻种弹性特性试验研究([J].西南大学学报自然科学版，2001，23(1)：87-88.)提供了一种简易测量包衣道种碰撞恢复系数平均值得测量装置和方法。这种测量方法只能测量颗粒碰撞恢复系数的平均值，不能测量分布值。采用高速摄像机单个追踪颗粒碰撞前后的运动轨迹，测量过程中测量精度高，但测量成本高，而且单个测量想要得到大量颗粒的测量值时测量效率低；通过检测碰撞产生的信号，从而精确计算出碰撞时间，计算出碰撞恢复系数值，但是依然只能单个颗粒测量，要得到大量颗粒的测量值时测量效率低。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种测量效率高、成本低的散体颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量装置。
本发明中的一种散体颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量装置，包括落料机构、撞击机构、落料收集机构和分析机构；撞击机构位于落料机构下方，落料机构用于将待测量的颗粒从高处放入撞击机构，落料机构设有与待测量颗粒粒径配合的落料孔；撞击机构将落料机构流出的颗粒碰撞到落料收集机构中，落料收集机构位于颗粒碰撞后的落料处，落料收集机构用于对撞击机构出来的颗粒进行分类收集，分析机构用于对落料机构中的颗粒进行定量分析。方便对散体颗粒进行碰撞落点分布和碰撞恢复系数进行测量，结构简单，使用方便。
作为优选，落料机构可相对撞击机构上下滑动。落料机构上下滑动，调节落料机构与撞击机构之间的间距，进而改变颗粒的碰撞速度，方便测量不同碰撞速度下的恢复系数。
作为优选，落料收集机构包括多个长方形落料收集器和大容器，落料收集器紧密放置在大容器内。作为优选，长方形落料收集器为牛皮纸制成。成本低，便于加工。碰撞后的颗粒根据碰撞距离落入不同的长方形落料收集器中，结构简单，使用方便。
作为优选，落料孔孔径为碰撞颗粒粒径的1.5～2倍。出料效率高，使用方便。
作为优选，撞击机构，包括升降台、碰撞面和平口钳，平口钳可转动的安装在升降台上，碰撞面固定在平口钳上，碰撞面用于对出料斗流出的颗粒进行碰撞。平口钳可以从水平位置到垂直位置(0-90度)，任意位置调整并锁紧，测量过程中可以调节平口钳的倾斜角度，从而改变碰撞角的大小，具体的，在平口钳处于水平位置时，将碰撞面水平的夹持在平口钳上，调整平口钳的水平角度，平口钳的倾斜角度越大时，颗粒入射碰撞面的速度与碰撞面的法线方向夹角越大，反之，则相反。操作灵活，使用方便。
作为优选，所述分析机构为电子秤。通过对落料收集机构中的颗粒进行称重分析，得出颗粒落点分布。
一种颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量方法，包括顺序执行的以下步骤：
步骤1：根据需要测量颗粒的粒径选择合适的落料孔，将所选落料孔水平放置于物料斗中心处；
步骤2：选择需要测量的碰撞面，平口钳水平放置，将碰撞板水平夹紧后，根据需要测量的碰撞角调整平口钳的旋转角度，调节升降台的水平位置使碰撞面处于落料孔的正下方；
步骤3：根据需要测量的碰撞入射速度，调整滑块和升降台的高度；
步骤4：将落料收集器紧密放置在大容器中，将大容器放置在落料的位置；
步骤5：将需要测量的颗粒经过电子称称重后，放入物料斗中，待物料斗中物料全部下落碰撞完；
步骤6：用电子称，称取大容器中不同位置的落料收集器的落料质量，经过计算可以测出不同位置颗粒的分布。根据理想碰撞入射角等于反射角，根据落料孔到碰撞面高度并测出不同收集器与碰撞点的高度和水平距离可以计算出散体颗粒撞击前的速度VR和撞击后的反弹速度，并按照散体颗粒碰撞恢复系数的定义公式计算出碰撞恢复系数e＝VR/V，并根据测量不同落料其中的质量分布可以进一步计算出碰撞恢复系数的分布。
本装置，结构简单，高效处理大量颗粒，得到颗粒碰撞恢复系数得到他们的分布。这对于模拟颗粒与壁面相互作用具有十分重要的意义。
附图说明
图1为一种散体颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量装置结构示意图。
图中标记：1、滑杆，2、滑块，3、物料斗，4、落料斗，5、碰撞面，6、平口钳，7、升降台，8、落料收集器，9、大容器，10、水平底座，11、电子秤。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明，但不应将此理解为本发明的上述主题的范围仅限于上述实施例。
如图1所示，一种散体颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量装置，包括水平底座10、滑杆1、大容器9、电子秤11和升降台7；水平底座10左侧垂直固定有滑杆1，滑杆1上有高度刻度，滑块2通过固定螺母可上下滑动的安装在滑杆1上；滑块2右侧设有水平放置的物料斗3，物料斗3为U型结构、底部中心开有圆孔，圆孔有45度倒角，圆孔上设有落料斗4，落料斗4外轮廓的45度倒角正好可以和物料斗3中心所开圆孔相吻合；滑杆1右侧依次设有升降台7和大容器9，升降台7上放置有平口钳6，平口钳6夹持碰撞面5，碰撞面5处于落料斗4正下方；大容器9内部紧密排布有落料收集器8，大容器9为了放置落料后的散体物料散落到地面，落料收集器8由牛皮纸制成的长宽高分别为2cm、2cm、10cm的方形开口容器；电子秤11用于测量颗粒重量和刻度尺。电子秤的测量精度为0.001g。
一种散体颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量方法，包括以下步骤：
步骤1：根据需要测量颗粒的粒径选择合适的落料斗4，将所选落料斗4水平放置于物料斗3中心处；
步骤2：选择需要测量的碰撞面5，平口钳6水平放置，将碰撞板5水平夹紧后，根据需要测量的碰撞角调整平口钳的旋转角度，调节升降台的水平位置使碰撞面5处于落料斗的正下方；
步骤3：根据需要测量的碰撞入射速度，调整滑块2和升降台7的高度；
步骤4：将落料收集器8紧密放置在大容器9中，将大容器9放置在落料的位置；
步骤5：将需要测量的颗粒经过电子秤11称重后，放入物料斗中，待物料斗3中物料全部下落碰撞完；
步骤6：用电子秤11称取大容器中不同位置的落料收集器8的落料质量，经过计算可以测出不同位置颗粒的分布，根据理想碰撞入射角等于反射角，根据落料斗4到碰撞面5高度并测出不同收集器8与碰撞点的高度和水平距离可以计算出散体颗粒撞击前的速度VR和撞击后的反弹速度，并按照散体颗粒碰撞恢复系数的定义公式计算出碰撞恢复系数e＝VR/V，并根据测量不同落料其中的质量分布可以进一步计算出碰撞恢复系数的分布。
Claims (8)
1.一种散体颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量装置，包括落料机构、撞击机构、落料收集机构和分析机构；撞击机构位于落料机构下方，落料机构用于将待测量的颗粒从高处放入撞击机构，落料机构设有与待测量颗粒粒径配合的落料孔；其特征在于，撞击机构将落料机构流出的颗粒碰撞到落料收集机构中，落料收集机构位于颗粒碰撞后的落料处，落料收集机构用于对撞击机构出来的颗粒进行分类收集，分析机构用于对落料机构中的颗粒进行定量分析。
2.根据权利要求1所述的一种散体颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量装置，其特征在于，落料机构可相对撞击机构上下滑动。
3.根据权利要求1所述的一种散体颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量装置，其特征在于，落料收集机构包括多个长方形落料收集器和大容器，落料收集器紧密放置在大容器内。
4.根据权利要求3所述的一种散体颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量装置，其特征在于，长方形落料收集器为牛皮纸制成。
5.根据权利要求1所述的一种散体颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量装置，其特征在于，落料孔孔径为碰撞颗粒粒径的1.5～2倍。
6.根据权利要求1所述的一种散体颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量装置，其特征在于，撞击机构，包括升降台、碰撞面和平口钳，平口钳可转动的安装在升降台上，碰撞面固定在平口钳上，碰撞面用于对出料斗流出的颗粒进行碰撞。
7.根据权利要求1所述的一种散体颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量装置，其特征在于，所述分析机构为电子秤。
8.一种颗粒碰撞落点分布和碰撞恢复系数测量方法，包括顺序执行的以下步骤：
步骤1：根据需要测量颗粒的粒径选择合适的落料孔，将所选落料孔水平放置于物料斗中心处；
步骤2：选择需要测量的碰撞面，平口钳水平放置，将碰撞板水平夹紧后，根据需要测量的碰撞角调整平口钳的旋转角度，调节升降台的水平位置使碰撞面处于落料孔的正下方；
步骤3：根据需要测量的碰撞入射速度，调整滑块和升降台的高度；
步骤4：将落料收集器紧密放置在大容器中，将大容器放置在落料的位置；
步骤5：将需要测量的颗粒经过电子称称重后，放入物料斗中，待物料斗中物料全部下落碰撞完；
步骤6：用电子称，称取大容器中不同位置的落料收集器的落料质量，经过计算可以测出不同位置颗粒的分布。根据理想碰撞入射角等于反射角，根据落料孔到碰撞面高度并测出不同收集器与碰撞点的高度和水平距离可以计算出散体颗粒撞击前的速度VR和撞击后的反弹速度，并按照散体颗粒碰撞恢复系数的定义公式计算出碰撞恢复系数e＝VR/V，并根据测量不同落料其中的质量分布可以进一步计算出碰撞恢复系数的分布。
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