CN107525618B - 一种固体颗粒物料对筒仓的作用力测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体颗粒物料对筒仓的作用力测定装置及测定方法，该测定装置包括筒仓支撑架、筒仓、给料机、卸料旁路、仓底正压力测定装置、漏斗壁切向作用力测定装置、漏斗壁法向作用力测定装置；筒仓支撑设于筒仓支撑架上；仓底正压力测定装置位于筒仓底部漏斗口处；筒仓底部的一侧漏斗壁处设有所述卸料旁路，漏斗壁切向作用力测定装置、漏斗壁法向作用力测定装置分别形成筒仓底部的另两侧漏斗壁；给料机的给料出口位于筒仓上方。本发明装置结构简单，生产制造成本低，测定结果可靠，实际应用于筒仓设计可提高设计准确性。

Description

一种固体颗粒物料对筒仓的作用力测定装置及测定方法

技术领域

本发明具体涉及一种测定固体颗粒物料对筒仓仓底正压力及漏斗壁作用力的装置和方法。

背景技术

固体颗粒物料筒仓在装料、贮料和卸料时，物料对筒仓仓底及漏斗壁的作用力，是设计筒仓和对筒仓进行强度校核时的关键步骤，作用力计算结果偏大，会导致筒仓制造时用料浪费，费用提高，计算结果偏小会降低筒仓安全性，导致筒仓发生塑性变形甚至破坏倒塌的事故，造成国家和人民生命财产的损失。目前工程实际应用的计算方法存在一定的缺陷，包括公式中引入的修正系数为常数，而实际情况下，修正系数需随贮料高度的不同而变化；未考虑装料和卸料时物料运动而产生冲击的工况，只计算了物料静止即贮料时的作用力，这就导致计算结果不准确，方法的应用范围有限，降低了筒仓设计的准确性，增加了筒仓制造的成本和使用过程中发生事故的风险。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能直接测定固体颗粒物料对筒仓仓底正压力及漏斗壁作用力的装置。

为了达到上述目的，本发明提供了一种固体颗粒物料对筒仓的作用力测定装置，包括筒仓支撑架、筒仓、给料机、卸料旁路、仓底正压力测定装置、漏斗壁切向作用力测定装置、漏斗壁法向作用力测定装置；所述筒仓支撑设于筒仓支撑架上；所述仓底正压力测定装置位于所述筒仓底部的漏斗口处；筒仓底部的一侧漏斗壁处设有所述卸料旁路，漏斗壁切向作用力测定装置、漏斗壁法向作用力测定装置分别形成筒仓底部的另两侧漏斗壁；所述给料机的给料出口位于所述筒仓上方。

其中，仓底正压力测定装置包括测力顶板、压力计、限位套、测力底板、支架；所述测力底板支撑在所述支架上，所述测力底板上设有所述限位套；所述压力计下端设置在所述限位套内，上端与测力顶板相抵触；所述测力顶板位于筒仓底部的漏斗口处，形成筒仓内部密封空间。

漏斗壁法向力测定装置包括测力顶板、压力计、限位套、测力底板、支架；所述测力底板通过所述支架支撑倾斜设置，倾斜角度与所述筒仓底部的漏斗壁倾斜角度一致；所述测力顶板和测力底板上均设有所述限位套；所述压力计上、下两端分别设置在对应的限位套内，且上端与测力顶板相抵触，将所述测力顶板抵触在筒仓底部，形成一侧漏斗壁。

漏斗壁切向力测定装置包括电动机、减速器、绕绳轱辘、钢丝绳、定滑轮、定滑轮支撑架、上挂钩、测力计、下挂钩、测力底板、限位套、滚轮、测力顶板、底板支架；所述定滑轮固定设于所述定滑轮支撑架上；所述电动机通过减速器与绕绳轱辘传动相连；所述测力底板通过所述底板支架支撑倾斜设置，倾斜角度与所述筒仓底部的漏斗壁倾斜角度一致；所述测力底板上端面固定设有所述限位套，所述限位套开口沿测力底板的倾斜方向向下；所述滚轮固定在所述测力顶板下端面处，且一端抵触设于对应的限位套内；所述测力顶板抵触在筒仓底部，形成一侧漏斗壁；所述测力顶板上端边缘的中部设有钩孔；所述下挂钩一端设于钩孔内，另一端依次通过测力计、上挂钩和所述钢丝绳一端相连；所述钢丝绳另一端通过所述定滑轮固定在绕绳轱辘上。

本发明还提供了一种上述装置进行固体颗粒物料对筒仓作用力测定的方法，包括以下步骤：

（1）初始准备工作：仓底正压力测定装置的测力顶板通过支架支撑在筒仓底部的漏斗口处密封筒仓；漏斗壁法向作用力测定装置的测力顶板通过支架支撑和限位套共同作用倾斜设于筒仓底部，代替一侧漏斗壁密封筒仓；漏斗壁切向作用力测定装置的测力底板通过底板支架支撑倾斜设于筒仓底部，代替一侧漏斗壁密封筒仓，测力顶板通过钢丝绳拉起启动电动机，张紧钢丝绳后，关闭电动机，测力顶板的下部滚轮抵触限位套限位倾斜支撑在筒仓底部，代替一侧漏斗壁密封筒仓；分别记录漏斗壁切向作用力测定装置的测力计和仓底正压力测定装置、漏斗壁法向作用力测定装置的压力计的初始度数f0、N0、F0；

（2）装料压力测定：启动给料机，将固体颗粒物料输入筒仓内直至物料充满筒仓，关闭给料机；同时记录在装料的过程中，随着筒仓内物料料位变化，漏斗壁切向作用力测定装置的测力计和仓底正压力测定装置、漏斗壁法向作用力测定装置的压力计测得的名义漏斗壁切向力f1、名义仓底正压力N1、名义漏斗壁法向力F1；

（3）卸料压力测定：开启卸料旁路，将筒仓内的物料逐渐排空，同时记录在卸料过程中，随着筒仓内物料料位变化，漏斗壁切向作用力测定装置的测力计和仓底正压力测定装置、漏斗壁法向作用力测定装置的压力计测得的名义漏斗壁切向力f2、名义仓底正压力N2、名义漏斗壁法向力F2；

（4）静态压力测定：启动给料机，将固体颗粒物料输入筒仓内直至物料充满筒仓，关闭给料机；然后逐步交替开启、关闭卸料旁路逐步进行部分物料的卸料；每次关闭卸料旁路时，保持筒仓内物料料位不变，保持一段时间后再进行下一次卸料旁路的开启；在此过程中，同时记录随着筒仓内物料料位变化、且物料静止不动时，漏斗壁切向作用力测定装置的测力计和仓底正压力测定装置、漏斗壁法向作用力测定装置的压力计测得的名义漏斗壁切向力f3、名义仓底正压力N3、名义漏斗壁法向力F3；

（5）根据以上测得的数据，计算物料料位变化时的实际装料漏斗壁切向力fz、实际卸料漏斗壁切向力fx和实际贮料漏斗壁切向力fc，实际装料仓底正压力Nz、实际卸料仓底正压力Nx和实际贮料仓底正压力Nc，以及实际装料漏斗壁法向力Fz、实际卸料漏斗壁法向力Fx和实际贮料漏斗壁法向力Fc。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、本发明设计的实验装置结构简单，生产制造成本低。实验原理及方法浅显易懂、操作容易，实验结果准确度高。

2、本发明利用实验直接测定了筒仓内固体颗粒物料料位不同时装料、卸料和贮料工况下对筒仓仓底的正压力、漏斗壁切向力和法向力，测定结果可靠，实际应用于筒仓设计可提高设计准确性，减小了筒仓的制造成本，增加了筒仓的安全系数，降低甚至避免了事故发生的风险。

附图说明

图1为本发明测定装置的结构示意图；

图2为图1中筒仓的结构示意图；

图3为图1中漏斗壁切向力测力计的结构示意图；

图4为图1中仓底正压力测定装置的结构示意图；

图5为图1中漏斗壁法向力测定装置的结构示意图；

图6为图1中漏斗壁切向力测力件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，如图1所示的本发明固体颗粒物料对筒仓的作用力测定装置，由定滑轮1，钢丝绳2，电动机3，减速器4，绕绳轱辘5，漏斗壁切向力测力计6，筒仓支撑架7，漏斗壁切向力测力件8，仓底正压力测定装置9，筒仓10，漏斗壁法向力测定装置11，卸料旁路12，螺旋给料机13构成。如图2所示的筒仓10，底部的一侧漏斗壁装有卸料旁路12，其相邻两侧的漏斗壁为了布置漏斗壁切向力测力件8和漏斗壁法向力测定装置11而去除。如图3所示的漏斗壁切向力测力计6，包括了上挂钩14，测力计15，下挂钩16，上挂钩14与钢丝绳2的一端相连。如图4所示的仓底正压力测定装置9，包含了测力顶板17，压力计18，限位套19，测力底板20。如图5所示的漏斗壁法向力测定装置11，主要由测力顶板21，压力计22，限位套23，测力底板24构成。如图6所示的漏斗壁切向力测力件8，主要由测力底板25，限位套26，滚轮27，测力顶板28组成，测力顶板28上端边缘的中间位置处开孔（该开孔位置位于筒仓外，不影响物料的密封），当测力顶板28抵触在筒仓底部，形成一侧漏斗壁时，该孔不与筒仓联通，以免漏料，该孔与漏斗壁切向力测力计6的下挂钩16连接。其中，测力计15、压力计18、压力计22均可与计算机通讯并记录数据。

具体测定过程如下：

步骤1：将筒仓10置于筒仓支撑架7上，仓底正压力测定装置9置于筒仓10底部漏斗口正下方，测力顶板17封死筒仓10底部漏斗口，漏斗壁切向力测力件8和漏斗壁法向力测定装置11分别置于筒仓10底部漏斗去除了壁面的两侧，侧力顶板17和侧力顶板28起到筒仓10底部漏斗壁面的作用，与筒仓10内的物料直接接触，漏斗壁切向力测力计6的下挂钩16与漏斗壁切向力测力件8的测力顶板28顶端中间的开孔连接，启动电动机3，通过减速器4带动绕绳轱辘5，张紧定滑轮1与漏斗壁切向力测力计6之间的钢丝绳2后，关闭电动机3。实验准备完毕，记录测力计15、压力计18、压力计22的初始读数f0、N0、F0。

步骤2：启动螺旋给料机13，将固体颗粒物料输入筒仓10直至物料充满筒仓10，螺旋给料机13停止运行，此过程分别记录得到装料时，筒仓10内物料高度变化情况下测力计15、压力计18、压力计22测得的名义漏斗壁切向力f1、名义仓底正压力N1、名义漏斗壁法向力F1。

步骤3：开启卸料旁路12，将筒仓10内的物料逐渐排空，此过程测力计15、压力计18、压力计22分别记录得到卸料时，筒仓10内物料高度变化情况下的名义漏斗壁切向力f2、名义仓底正压力N2、名义漏斗壁法向力F2。

步骤4：启动螺旋给料机13，将固体颗粒物料输入筒仓10直至物料充满筒仓10，螺旋给料机13停止运行。逐步的交替开启、关闭卸料旁路12，每次在卸料旁路12关闭时，筒仓内物料料位不变，保持一段时间后再开启卸料旁路12，此过程测力计15、压力计18、压力计22分别记录得到筒仓10内物料料位不同时，物料静止不动即贮料时的名义漏斗壁切向力f3、名义仓底正压力N3、名义漏斗壁法向力F3。

根据上述数据，获得物料料位变化时的实际装料漏斗壁切向力fz、实际卸料漏斗壁切向力fx和实际贮料漏斗壁切向力fc分别为：

fz=f1- f0 fx= f2- f0 fc= f3- f0。

物料料位变化时的实际装料仓底正压力Nz、实际卸料仓底正压力Nx和实际贮料仓底正压力Nc分别为：

Nz=N1-N0 Nx=N2-N0 Nc=N3-N0。

物料料位不同时的实际装料漏斗壁法向力Fz、实际卸料漏斗壁法向力Fx和实际贮料漏斗壁法向力Fc分别为：

Fz=F1-F0 Fx= F2- F0 Fc= F3- F0。

Claims (3)

1.一种固体颗粒物料对筒仓的作用力测定装置，其特征在于：包括筒仓支撑架、筒仓、给料机、卸料旁路、仓底正压力测定装置、漏斗壁切向作用力测定装置、漏斗壁法向作用力测定装置；所述筒仓支撑设于筒仓支撑架上；所述仓底正压力测定装置位于所述筒仓底部的漏斗口处；筒仓底部的一侧漏斗壁处设有所述卸料旁路，漏斗壁切向作用力测定装置、漏斗壁法向作用力测定装置分别形成筒仓底部的另两侧漏斗壁；所述给料机的给料出口位于所述筒仓上方；所述仓底正压力测定装置包括测力顶板、压力计、限位套、测力底板、支架；所述测力底板支撑在所述支架上，所述测力底板上设有所述限位套；所述压力计下端设置在所述限位套内，上端与测力顶板相抵触；所述测力顶板位于筒仓底部的漏斗口处，形成筒仓内部密封空间；所述漏斗壁切向力测定装置包括电动机、减速器、绕绳轱辘、钢丝绳、定滑轮、定滑轮支撑架、上挂钩、测力计、下挂钩、测力底板、限位套、滚轮、测力顶板、底板支架；所述定滑轮固定设于所述定滑轮支撑架上；所述电动机通过减速器与绕绳轱辘传动相连；所述测力底板通过所述底板支架支撑倾斜设置，倾斜角度与所述筒仓底部的漏斗壁倾斜角度一致；所述测力底板上端面固定设有所述限位套，所述限位套开口沿测力底板的倾斜方向向下；所述滚轮固定在所述测力顶板下端面处，且一端抵触设于对应的限位套内；所述测力顶板抵触在筒仓底部，形成一侧漏斗壁；所述测力顶板上端边缘的中部设有钩孔；所述下挂钩一端设于钩孔内，另一端依次通过测力计、上挂钩和所述钢丝绳一端相连；所述钢丝绳另一端通过所述定滑轮固定在绕绳轱辘上。

2.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于：所述漏斗壁法向力测定装置包括测力顶板、压力计、限位套、测力底板、支架；所述测力底板通过所述支架支撑倾斜设置，倾斜角度与所述筒仓底部的漏斗壁倾斜角度一致；所述测力顶板和测力底板上均设有所述限位套；所述压力计上、下两端分别设置在对应的限位套内，且上端与测力顶板接触将所述测力顶板抵触在筒仓底部，形成一侧漏斗壁。

3.一种采用权利要求1所述测定装置测定固体颗粒物料对筒仓作用力的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）初始准备工作：仓底正压力测定装置的测力顶板通过支架支撑在筒仓底部的漏斗口处密封筒仓；漏斗壁法向作用力测定装置的测力顶板通过支架支撑和限位套共同作用倾斜设于筒仓底部，代替一侧漏斗壁密封筒仓；漏斗壁切向作用力测定装置的测力底板通过底板支架支撑倾斜设于筒仓底部，代替一侧漏斗壁密封筒仓，测力顶板通过钢丝绳拉起启动电动机，张紧钢丝绳后，关闭电动机，测力顶板的下部滚轮抵触限位套限位倾斜支撑在筒仓底部，代替一侧漏斗壁密封筒仓；分别记录漏斗壁切向作用力测定装置的测力计和仓底正压力测定装置、漏斗壁法向作用力测定装置的压力计的初始读数f0、N0、F0；

（2）装料压力测定：启动给料机，将固体颗粒物料输入筒仓内直至物料充满筒仓，关闭给料机；同时记录在装料的过程中，随着筒仓内物料料位变化，漏斗壁切向作用力测定装置的测力计和仓底正压力测定装置、漏斗壁法向作用力测定装置的压力计测得的名义漏斗壁切向力f1、名义仓底正压力N1、名义漏斗壁法向力F1；

（3）卸料压力测定：开启卸料旁路，将筒仓内的物料逐渐排空，同时记录在卸料过程中，随着筒仓内物料料位变化，漏斗壁切向作用力测定装置的测力计和仓底正压力测定装置、漏斗壁法向作用力测定装置的压力计测得的名义漏斗壁切向力f2、名义仓底正压力N2、名义漏斗壁法向力F2；

（4）静态压力测定：启动给料机，将固体颗粒物料输入筒仓内直至物料充满筒仓，关闭给料机；然后逐步交替开启、关闭卸料旁路逐步进行部分物料的卸料；每次关闭卸料旁路时，保持筒仓内物料料位不变，保持一段时间后再进行下一次卸料旁路的开启；在此过程中，同时记录随着筒仓内物料料位变化、且物料静止不动时，漏斗壁切向作用力测定装置的测力计和仓底正压力测定装置、漏斗壁法向作用力测定装置的压力计测得的名义漏斗壁切向力f3、名义仓底正压力N3、名义漏斗壁法向力F3；

（5）根据以上测得的数据，计算物料料位变化时的实际装料漏斗壁切向力fz、实际卸料漏斗壁切向力fx和实际贮料漏斗壁切向力fc，实际装料仓底正压力Nz、实际卸料仓底正压力Nx和实际贮料仓底正压力Nc，以及实际装料漏斗壁法向力Fz、实际卸料漏斗壁法向力Fx和实际贮料漏斗壁法向力Fc。