CN113680665A - 一种实验室颗粒筛分设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实验室颗粒筛分设备，包括衔接机构、多个筛分单元和多个称量单元，每个筛分单元均包括外筒、内筛筒、密封件、料斗、传送机构和衔接机构；内筛筒设于外筒之内，且其轴线平行于外筒的轴线，内筛筒具有绕自身轴线自转的自由度，内筛筒具有筛孔；位于上层的筛分单元中的筛孔的孔径大于位于下层的筛分单元中的筛孔的孔径；密封件设于外筒开口和内筛筒的外壁面之间；料斗设于外筒开口处；传送机构设于内筛筒之内；衔接机构对接于传送机构；称量单元对接于料斗。本发明提供的实验室颗粒筛分设备无需手动进行筛分，操作省时省力，筛分完成后的各种粒径的颗粒可分别收集，使得筛分试验过程更加高效。

Description

一种实验室颗粒筛分设备

技术领域

本发明属于筛分装备技术领域，具体涉及一种实验室颗粒筛分设备。

背景技术

室内试验是科学研究的重要组成部分，随着专家学者对一些问题研究的逐步深入，室内试验的研究向精细化发展。为较真实模拟还原实际工程中各物体的受力状态，往往需要借助土体介质来完成试验。关于土体介质，许多试验结果已证实颗粒级配对试验的影响不可忽视。关于颗粒级配对试验结果的影响虽然许多专家学者已进行了大量的试验研究，但颗粒级配对试验的影响机理及级配间颗粒的力学行为等尚不清晰，故仍需进行大量的试验来认知颗粒级配对不同试验的影响。

进行颗粒级配的研究，首先需要获取一定级配的填料，一般采用的方法是反配法，即首先根据试验要求预先拟定出不同粒径填料的占比；根据质量—体积控制法得出试验箱中填料回填的总质量×各个粒径填料所占比重得出各粒径填料的质量；经筛分试验获得所需的各粒径的填料，然后充分混合均匀，这样就通过反配法获得了满足实验要求一定级配的填料。

目前，筛分试验多为人工筛分，不仅工序繁琐，而且效率慢，同时筛分过程中需要按照不同粒径分离堆放具体操作时非常容易混淆。同时，一些试验考虑到试验箱边界效应及尺寸效应的影响，试验箱尺寸一般较大，为了保证压实度，故需要较多的颗粒料，而单纯靠人工筛分，或者靠传统的筛分设备进行筛分，一次筛分试验可能得到的颗粒样远远不够做实验的土量，故需要多次筛分，严重降低了试验效率。此外，颗粒经过一段时间的使用，会因受力发生破碎等现象，这使得级配发生一定变化，利用传统方法检测颗粒级配是否满足试验要求的操作费时费力。

发明内容

本发明实施例提供一种实验室颗粒筛分设备，旨在能够省时省力且高效的完成颗粒的筛分，并进行称量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种实验室颗粒筛分设备，包括衔接机构、多个从上至下顺次分布的筛分单元和多个称量单元，每个所述筛分单元均包括：

外筒，其轴线垂直于上下方向设置，所述外筒的顶壁开设有外筒开口；

内筛筒，设于所述外筒之内，且其轴线平行于所述外筒的轴线，所述内筛筒具有绕自身轴线自转的自由度，且所述内筛筒的外壁与所述外筒的内壁间隔设置，所述内筛筒具有筛孔；

其中，位于上层的所述筛分单元中的筛孔的孔径大于位于下层的所述筛分单元中的筛孔的孔径；

密封件，设于所述外筒开口和所述内筛筒的外壁面之间；

料斗，设于所述外筒开口处；以及

传送机构，设于所述内筛筒之内，且具有沿所述内筛筒的轴线分布的传送面；

所述衔接机构对接于所述传送机构，用于将上层所述筛分单元中的所述传送带上的物料导入到下层所述筛分单元的所述料斗中；

多个所述称量单元分别对接于不同所述筛分单元中的所述料斗。

在一种可能的实现方式中，所述传送机构的两侧还分别倾斜设有第二挡板，相对两个所述第二挡板之间的间距从下至上逐渐增大，以在所述内筛筒对应于所述外筒开口的区域和所述传送机构之间形成漏斗状的导料通道。

在一种可能的实现方式中，所述传送机构的上方还设有第二刮板，所述第二刮板与所述内筛筒的内侧面接触，并能沿所述内筛筒的轴线往复移动。

在一种可能的实现方式中，所述料斗包括两个相对设于所述外筒开口两侧的第一挡板，两个所述第一挡板的间距从下至上逐渐增大。

在一种可能的实现方式中，所述料斗之内还设有第一刮板，所述第一刮板与所述内筛筒的外侧面接触，并能沿所述内筛筒的轴线往复移动。

在一种可能的实现方式中，所述第一刮板的下端面为弧面，并设有外刷毛。

在一种可能的实现方式中，所述实验室颗粒筛分设备还包括土料收纳箱，所述料斗上与所述衔接机构相对的一侧壁形成有侧开口，所述土料收纳箱通过对接机构与所述侧开口对接，所述称量单元设于所述土料收纳箱。

在一种可能的实现方式中，所述衔接机构包括导料板，所述导料板的上端对接于所述传送机构的一端。

在一种可能的实现方式中，所述外筒为圆筒状构件，所述内筛筒与所述外筒同轴设置。

在一种可能的实现方式中，所述实验室颗粒筛分设备的机架包括支撑台和立柱，多个所述筛分单元分别设于不同的所述支撑台上，所述立柱分别连接于多个所述支撑台。

本申请实施例中，由于设置了多个能筛分不同粒径颗粒的筛分单元，在使用时，将原始物料导入最上层筛分单元的料斗中，在内筛筒自转的同时能实现对原始物料的第一次筛分，留在料斗中的颗粒是粒径最大的颗粒，其余颗粒掉落到传送机构中，经传送机构和衔接机构的引导，将分离出的粒径较小的颗粒导入到下层筛分单元的料斗中，再次进行筛分，重复上述过程，直至筛分完成，将各层筛分单元中仍然保留在料斗中的颗粒分别进行收集，即得到了多种不同粒径的颗粒，称量单元对不同粒径的颗粒进行称量，进而能进行颗粒级配的分析研究或重新配置。本发明的实验室颗粒筛分设备无需手动进行筛分，操作省时省力，筛分完成后的各种粒径的颗粒可分别收集，不易发生混淆，还能进行不同粒径颗粒物的称量，使得筛分试验过程更加高效，有利于提高颗粒级配的检测效率。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的实验室颗粒筛分设备的主视结构示意图；

图2为图1中筛分单元和机架的俯视图；

图3为本发明实施例一采用的筛分单元的侧视图；

图4为图3中第一刮板的结构示意图；

图5为图3中第二刮板的结构示意图；

图6为本发明实施例二采用的内筛筒的侧视结构示意图；

图7为本发明实施例三采用的外筒和第一刮板的装配结构侧视图；

图8为图7的A部放大图。

附图标记说明：

100、筛分单元；110、外筒；111、密封件；112、基座；120、内筛筒；121、筛孔；130、第二挡板；131、导料通道；140、料斗；141、第一挡板；150、传送机构；160、驱动组件；161、安装架；162、驱动电机；163、传动件；170、第二刮板；171、内刷毛；180、第一刮板；181、外刷毛；190、第一导向机构；191、挂钩；192、螺纹座；193、导向丝杠；

200、土料收纳箱；

300、对接机构；

400、机架；410、支撑台；420、立柱；430、导料过孔；

500、衔接机构；510、导料板；

600、称量单元。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的实验室颗粒筛分设备进行说明。所述实验室颗粒筛分设备，包括衔接机构500、多个从上至下顺次分布的筛分单元100和多个称量单元600，每个筛分单元100均包括外筒110、内筛筒120、密封件111、料斗140、传送机构150和衔接机构500；外筒110的轴线垂直于上下方向设置，外筒110的顶壁开设有外筒开口；内筛筒120设于外筒110之内，且其轴线平行于外筒110的轴线，内筛筒120具有绕自身轴线自转的自由度，且内筛筒120的外壁与外筒110的内壁间隔设置，内筛筒120具有筛孔121；其中，位于上层的筛分单元100中的筛孔121的孔径大于位于下层的筛分单元100中的筛孔121的孔径；密封件111设于外筒开口和内筛筒120的外壁面之间；料斗140设于外筒开口处；传送机构150设于内筛筒之内，且具有沿内筛筒的轴线分布的传送面；衔接机构500对接于传送机构150，用于将上层筛分单元100中的传送带150上的物料导入到下层筛分单元110的料斗140中；多个称量单元600分别对接于不同筛分单元100中的料斗140。

本实施例提供的实验室颗粒筛分设备，与现有技术相比，由于设置了多个能筛分不同粒径颗粒的筛分单元100，在使用时，将原始物料导入最上层筛分单元100的料斗中，在内筛筒120自转的同时能实现对原始物料的第一次筛分，留在料斗140中的颗粒是粒径最大的颗粒，其余颗粒掉落到传送机构150中，经传送机构150和衔接机构500的引导，将分离出的粒径较小的颗粒导入到下层筛分单元100的料斗140中，再次进行筛分，重复上述过程，直至筛分完成，将各层筛分单元100中仍然保留在料斗140中的颗粒分别进行收集，即得到了多种不同粒径的颗粒，称量单元600对不同粒径的颗粒进行称量，进而能进行颗粒级配的分析研究或重新配置。本发明的实验室颗粒筛分设备无需手动进行筛分，操作省时省力，筛分完成后的各种粒径的颗粒可分别收集，不易发生混淆，还能进行不同粒径颗粒物的称量，使得筛分试验过程更加高效，有利于提高颗粒级配的检测效率。

在一些实施例中，外筒110和内筛筒120均为两端开放的筒状结构。

具体的，内筛筒102的直径不小于0.2m，轴向长度不小于1m。上下相邻的两个内筛筒102之间的间距至少为内筛筒102直径的1/2。

在一些实施例中，参阅图3，外筒110为圆筒状构件，内筛筒120与外筒110同轴设置。外筒110具有一个站外筒110周向1/4～1/3的缺口(即外筒开口)，使得外筒110形成一个具有缺口的圆弧外壳，外筒110的内径与内筒120外径之差为0.1m～0.15m。

在一些实施例中，参阅图1，内筒120的轴向长度与外筒110的轴向长度相同，即两者两端分别对齐。

在一些实施例中，传送机构150为带式传送机构，其结构简单紧凑，速度和传送方向均可灵活调节。可选的，传送机构150的长度不小于内筛筒120的轴向长度，其传送带的宽度至少为内筛筒120直径的1/2。

在一些实施例中，参阅图1、图2及图6，内筛筒120通过驱动组件160实现自传，内筛筒120的轴向一端设有放射状的安装架161，安装架161的中心设有与内筛筒120同轴的驱动轴，驱动组件160还包括驱动电机162，驱动电机162的输出轴和驱动轴之间通过传动件163传动连接。

具体的，传动件163可以是带传动件、链传动件或齿轮传动件。

在一些实施例中，参阅图1及图2，密封件111为弹性密封条(例如橡胶条)，能有效的将料斗140的空间和外筒110与内筛筒120之间的间隙空间隔离开，避免物料未经筛分直接漏到外筒110中。

在一些实施例中，参阅图1、图2、图7及图8，料斗140包括两个相对设于外筒110开口两侧的第一挡板141，两个第一挡板141的间距从下至上逐渐增大。两个第一挡板141使得料斗140形成上大下小的漏斗状结构，方便引入颗粒物料。

具体的，两个第一挡板141与外筒110之间焊接配合。

具体的，第一挡板141与水平面的夹角为30°～75°。

在一些实施例中，参阅图2至图4、图7及图8，料斗140之内还设有第一刮板180，第一刮板180与内筛筒120的外侧面接触，并能沿内筛筒120的轴线往复移动。第一刮板180在移动过程中能将颗粒物料进行铺展，使颗粒物料与内筛筒120充分接触，提高筛分效率。

具体的，第一刮板180的两侧缘分别贴合于两个第一挡板141。

具体的，参阅图2，第一刮板180具有两个，且两个第一刮板180沿内筒120的轴向分布。两个第一刮板180可以同步反向运行，也可以是其中一个第一刮板180运行一个来回后，另一个第一刮板180随后往复运行一个来回。通过设置两个第一刮板180，可以提升第一刮板180的运行灵活性。

在一些实施例中，参阅图3、图4及图7，为充分适配内筛筒120的外壁形状，第一刮板180的下端面为弧面，并设有外刷毛181。

在一些实施例中，为了方便第一刮板180的往复移动，第一刮板180上还设有第一导向机构190。

可选的，第一导向机构190可以是手动式的导向机构(图中未示出)，例如直接设置在第一刮板180上的把手、推拉杆等结构，通过操作人员手动操控。

作为第一导向机构190的另一种变形实施例，参阅图7及图8，第一导向机构190设于第一刮板180和料斗140之间，其包括挂钩191、螺纹座192、导向丝杠193和导向驱动电机，挂钩191设于第一刮板180两端，并与两个第一挡板141挂接，其中至少一个挂钩191的钩端固接有螺纹座192，导向丝杠193设于第一挡板141的外侧，且平行于内筛筒120的轴线设置，导向丝杠193穿过螺纹座192，并与设于料斗140之外的导向驱动电机连接。导向驱动电机通过驱动导向丝杠193转动，进而能带动螺纹座192沿导向丝杠193的轴线往复移动，最终实现第一刮板180的移动。本实施例通过自动化的控制方式进行第一刮板180的移动，无需人手推拉，进一步减轻了试验人员的劳动强度，同时还能灵活且精确的控制第一刮板180的移动速度，使筛分更加充分。

在上述实施例的基础上，也可以在两个挂钩191上分别设置螺纹座192，通过两个导向丝杠193和两个导向驱动电机同步进行驱动控制，进而有利于保证第一刮板180运行的平稳性(图中未示出)。

作为第一导向机构190的另一种变形实施例，图中未示出，第一导向机构190设于第一刮板180和料斗140之间，其包括齿条、齿轮和导向驱动电机，齿条平行于内筛筒120的轴向设置，且沿内筛筒120的轴向滑动设于第一挡板141上，第一刮板180固接于齿条，导向驱动电机的主体设于第一挡板141或外筒110，其输出轴上设有与齿条啮合的齿轮。通过导向驱动电机带动齿轮转动，进而能带动第一刮板180移动。本实施例通过自动化的控制方式进行第一刮板180的移动，无需人手推拉，进一步减轻了试验人员的劳动强度，同时还能灵活且精确的控制第一刮板180的移动速度，使筛分更加充分。

当然，第一导向机构190并不限于上述举例的结构，方便第一刮板180进行往复移动即可，在此不再一一列举。

在一些实施例中，参阅图3，传送机构150的两侧还分别倾斜设有第二挡板130，相对两个第二挡板130之间的间距从下至上逐渐增大，以在内筛筒120对应于外筒开口的区域和传送机构150之间形成漏斗状的导料通道131。通过设置第二挡板130，可以避免物料直接落到内筛筒120的底部，保证颗粒物料不浪费，保证颗粒级配分析的准确性。

具体的，第二挡板130与水平面的夹角和第一挡板180与水平面的夹角一致。

在一些实施例中，参阅图3及图5，传送机构150的上方还设有第二刮板170，第二刮板170与内筛筒120的内侧面接触，并能沿内筛筒120的轴线往复移动。当内筛筒120运行一段时间后，会有部分颗粒物附着在内筛筒120的内壁，通过第二刮板170沿内筛筒120的轴向移动，能将附着的颗粒刮除清理。

在一些实施例中，参阅图3及图5，为充分适配内筛筒120的内壁形状，第二刮板170为弧形条状构件。

在一些实施例中，参阅图3及图5，未提高清理效果，第二刮板170的上表面设有与内筛筒120的内壁面接触的内刷毛171。

在一些实施例中，图中未示出，为了方便第二刮板170的往复移动，第二刮板170上还设有第二导向机构。

第二导向机构可以通过把手、推拉杆等结构实现手动推拉，也可以采用自动化的方式进行控制，当采用自动化的方式进行控制的时候，第二导向机构设置于第二刮板170和第二挡板130之间。第二导向机构的设置类似于上述的第一导向机构190，在此不再赘述。

在一些实施例中，参阅图1，实验室颗粒筛分设备还包括土料收纳箱200，料斗140上与衔接机构500相对的一侧壁形成有侧开口，土料收纳箱200通过对接机构300与侧开口对接，称量单元600设于土料收纳箱200。本实施例中的土料收纳箱200可放置于分层架体上，不同层的土料收纳箱200分别对应不同的筛分单元100，以收纳不同筛分单元分离出的颗粒物(筛分后存留在料斗140中的颗粒物)。

具体的，称量单元600为电子秤，称量单元600设于土料收纳箱200的底部，称量单元600、驱动组件160、第一导向机构190和第二导向机构分别与主控终端(例如电脑终端)通讯连接，当筛分完毕后，通过第一刮板180将颗粒物推送到土料收纳箱200中，称量单元600能根据土料收纳箱200整体重量的变化精确的对所收集的颗粒物进行称量。

下面对称量单元600的具体作用进行说明：

1)从得到一些特定级配的填料角度来说，以图1视角为例，在筛分单元100的右侧，即设置驱动组件160的一侧，设置称量单元600并连接电脑终端，可以在电脑终端实时显示各层所需目标粒径填料的质量，从而方便电脑终端控制设备(主要是驱动组件160、第一导向机构190和第二导向机构)的运行时间，并减小浪费。

2)从得到某些填料的级配角度来说，在筛分单元100中加入未知级配的填料后，电脑终端通过计算各层颗粒物的质量，从而自动绘制出这些填料的颗粒级配曲线，并根据颗粒级配曲线计算不均匀系数、曲率系数，方便进行分析。

在一些实施例中，参阅图1及图2，衔接机构500包括导料板510，导料板510的上端对接于传送机构150的一端。需要说明的是，导料板510的底端略高于下层筛分单元100中第一刮板180的顶端，避免影响下层第一刮板180的移动。本实施例的衔接机构500结构简单，使得上下两层筛分单元100保持有效衔接。

具体的，导料板510为平直的斜板，如图1及图2所示，则相邻的筛分单元100在其轴向上交错设置，以方便导料板510的下端直接对接于下层筛分单元100的料斗140中，避免由上层传送机构150通过导料板510传送至下层筛分单元100的颗粒料过多而导致下层筛分单元100内颗粒料溢出料斗140。可选的，相邻两个筛分单元100在其轴向上的交错距离至少为外筒110长度的1/6。

在上述实施例的基础上，为了方便物料滑落，导料板510与水平面的夹角为30°～45°。

作为导料板510的一种变形实施方式，图中未示出，导料板510具有弯折分布的滑道，此时可不限定相邻筛分单元100的相对位置，相邻筛分单元100上下正对也可实现物料的正常传递。

在一些实施例中，参阅图1、图3及图7，为了方便外筒110与机架400的装配，外筒110底部还设有基座112，以便平稳的放置于机架400上，进而方便与机架400进行焊接或螺纹连接等进一步固定的操作。

在一些实施例中，参阅图1及图2，实验室颗粒筛分设备的机架400包括支撑台410和立柱420，多个筛分单元100分别设于不同的支撑台410上，立柱420分别连接于多个支撑台410。机架400整体结构简单紧凑，能提供充分的容置和安装空间，空间利用率较高。

在一些实施例中，参阅图2，支撑台410上开设有导料过孔430，用于使导料板510穿过。

本装置的使用方式为：

1)根据目标级配要求的几种粒径，选用指定型号的内筛筒120；

2)开启内筛筒120转动开关，调试设备，待最上层的内筛筒120转动稳定后，取一些颗粒原料放至最上层的料斗140内；

3)控制第一刮板180沿内筛筒120的轴向移动，使料斗140内的颗粒充分与内筛筒120接触，此时颗粒料中粒径小于该内筛筒120的筛孔孔径时，颗粒料会透过该内筛筒120掉落到该内筛筒120内部的传送机构150上，传送机构150将传动带上的颗粒通过导料板510滑至下层料斗140中；

4)开启下层的第一刮板180，重复步骤3)的操作；

5)待上层的内筛筒120上无颗粒透过时，开启一侧的第一刮板180，对该层料斗140中的颗粒料刮除收集至对应的土料收纳箱200中，然后重复步骤2)的操作将另外的颗粒原料放至最上层的料斗140中开始进行筛分；

6)完成最后一级筛分后，开启第二刮板170清理内筛筒120内壁上附着的颗粒物，目标颗粒通过传送机构150滑至指定的收集装置内。

本发明解决如何快速筛分出较多级配的填料的问题，内筛筒120相较于传统的平面筛网具有更高的筛分效率；筛分过程中可以实现颗粒物的动态收集，提高了筛分效率；内筛筒120可以根据不同的试验情况进行更换，满足不同的试验要求，提高使用灵活性；还可以从外筒110的开口处观察内部的筛分情况，便于精准控制筛分过程。可见，本装置充分利用了实验室内的空间资源，不仅结构简单，操作方便，运行平稳，而且省时省力，筛分效率大大提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实验室颗粒筛分设备，其特征在于，包括衔接机构、多个从上至下顺次分布的筛分单元和多个称量单元，每个所述筛分单元均包括：

外筒，其轴线垂直于上下方向设置，所述外筒的顶壁开设有外筒开口；

内筛筒，设于所述外筒之内，且其轴线平行于所述外筒的轴线，所述内筛筒具有绕自身轴线自转的自由度，且所述内筛筒的外壁与所述外筒的内壁间隔设置，所述内筛筒具有筛孔；

其中，位于上层的所述筛分单元中的筛孔的孔径大于位于下层的所述筛分单元中的筛孔的孔径；

密封件，设于所述外筒开口和所述内筛筒的外壁面之间；

料斗，设于所述外筒开口处；以及

传送机构，设于所述内筛筒之内，且具有沿所述内筛筒的轴线分布的传送面；

所述衔接机构对接于所述传送机构，用于将上层所述筛分单元中的所述传送带上的物料导入到下层所述筛分单元的所述料斗中；

多个所述称量单元分别对接于不同所述筛分单元中的所述料斗。

2.如权利要求1所述的实验室颗粒筛分设备，其特征在于，所述传送机构的两侧还分别倾斜设有第二挡板，相对两个所述第二挡板之间的间距从下至上逐渐增大，以在所述内筛筒对应于所述外筒开口的区域和所述传送机构之间形成漏斗状的导料通道。

3.如权利要求1或2所述的实验室颗粒筛分设备，其特征在于，所述传送机构的上方还设有第二刮板，所述第二刮板与所述内筛筒的内侧面接触，并能沿所述内筛筒的轴线往复移动。

4.如权利要求1所述的实验室颗粒筛分设备，其特征在于，所述料斗包括两个相对设于所述外筒开口两侧的第一挡板，两个所述第一挡板的间距从下至上逐渐增大。

5.如权利要求1或4所述的实验室颗粒筛分设备，其特征在于，所述料斗之内还设有第一刮板，所述第一刮板与所述内筛筒的外侧面接触，并能沿所述内筛筒的轴线往复移动。

6.如权利要求5所述的实验室颗粒筛分设备，其特征在于，所述第一刮板的下端面为弧面，并设有外刷毛。

7.如权利要求5所述的实验室颗粒筛分设备，其特征在于，所述实验室颗粒筛分设备还包括土料收纳箱，所述料斗上与所述衔接机构相对的一侧壁形成有侧开口，所述土料收纳箱通过对接机构与所述侧开口对接，所述称量单元设于所述土料收纳箱。

8.如权利要求1所述的实验室颗粒筛分设备，其特征在于，所述衔接机构包括导料板，所述导料板的上端对接于所述传送机构的一端。

9.如权利要求1所述的实验室颗粒筛分设备，其特征在于，所述外筒为圆筒状构件，所述内筛筒与所述外筒同轴设置。

10.如权利要求1所述的实验室颗粒筛分设备，其特征在于，所述实验室颗粒筛分设备的机架包括支撑台和立柱，多个所述筛分单元分别设于不同的所述支撑台上，所述立柱分别连接于多个所述支撑台。

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