一種顆粒表面摩擦係數的測量裝置的製作方法

2023-10-21 00:51:07 2

專利名稱：一種顆粒表面摩擦係數的測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種顆粒表面摩擦係數的測量裝置，特別涉及一種球形顆粒表面摩擦 係數的測量裝置，屬於測量技術領域。
背景技術：
顆粒物質是介於流體和固體之間的離散態複雜體系，具有複雜的非線性動力學行 為，已成為當前極具挑戰性的研究前沿和熱點。顆粒系統無論在靜態還是動態其行為都強 烈地依賴於顆粒間的力學相互作用，尤其是摩擦力的作用。由於顆粒間的摩擦是一個很復 雜的問題，到目前為止國內外的研究者們對於顆粒行為中摩擦力的作用特別是對動態行為 的影響研究較少。因此，從實驗上定量觀測摩擦力在顆粒物質的混合相與分離相轉變過程 中的作用，不僅對於從基礎理論上揭示顆粒體系的特性具有重要的學術價值，而且在工農 業等領域具有廣泛的應用前景。這一研究的基礎性工作首先就是要測量顆粒的表面摩擦系 數，但是到目前為止，國內外還沒有一套現成的能測量各種顆粒(尤其是直徑小於10mm的 顆粒)表面摩擦係數的儀器設備。因此，科研工作的需要產生了對顆粒表面摩擦係數測量 的技術需求。同時，還要求測量過程方便、快捷與準確。

發明內容
本發明的目的是為了解決現有技術中沒有能測量直徑小於10mm的顆粒表面摩擦 係數的裝置的問題，提出一種顆粒表面摩擦係數的測量裝置。本發明的目的是通過以下技術方案實現的。本發明的一種顆粒表面摩擦係數的測量裝置，該裝置包括水平連杆A、水平連杆 B、水平連杆C、正壓力傳感器A、正壓力傳感器B、正壓力傳感器C、正壓力調節螺釘A、正壓力 調節螺釘B、正壓力調節螺釘C、豎直連杆、支架、傳動軸支架、傳動軸、滑輪、摩擦力傳感器、 電路系統、計算機、待測顆粒A、待測顆粒B、待測顆粒C和待測顆粒D，其中支架包括一個固 定環、支撐柱A、支撐柱B、支撐柱C和底座，支撐柱A上固定連接有一個輔助支撐杆A、支撐 柱B上固定連接有一個輔助支撐杆B、支撐柱C上固定連接有一個輔助支撐杆C ；其連接關 係為固定環通過支撐柱A、支撐柱B、支撐柱C固定在底座上，輔助支撐杆A、輔助支撐杆B 和輔助支撐杆C與傳動軸支架固定連接，用於將傳動軸支架與支架固定在一起；正壓力傳 感器A、正壓力傳感器B、正壓力傳感器B通過螺紋固定在固定環上；滑輪和傳動軸緊固連 接，摩擦力傳感器固定在底座上；水平連杆A、水平連杆B和水平連杆C在同一水平面內，且 三個水平連杆之間互成120度角，豎直連杆與三個水平連杆所在的水平面垂直；豎直連杆 的一端與傳動軸同軸固定連接，傳動軸通過軸承固定在傳動軸支架的內部；水平連杆A的 一端與正壓力傳感器A彈性連接，水平連杆B的一端與正壓力傳感器B彈性連接，水平連杆 C的一端與正壓力傳感器C彈性連接，正壓力傳感器A與正壓力調節螺釘A通過螺紋固定連 接，正壓力傳感器B與正壓力調節螺釘B通過螺紋固定連接，正壓力傳感器C與正壓力調節 螺釘C通過螺紋固定連接，水平連杆A的另一端粘貼待測顆粒A，水平連杆B的另一端粘貼待測顆粒B，水平連杆C的另一端粘貼待測顆粒C，豎直連杆的另一端粘貼待測顆粒D，待測 顆粒A的球心、待測顆粒B的球心、待測顆粒C的球心和待測顆粒D的球心位於一個水平面 內；水平連杆A、正壓力傳感器A及調節螺釘A位於同一直線上，水平連杆B、正壓力傳感器 B及調節螺釘B位於同一直線上，水平連杆C、正壓力傳感器C及調節螺釘C位於同一直線 上；待測顆粒A、待測顆粒B和待測顆粒C從互成120度角的方向擠壓待測顆粒D ；滑輪與傳 動軸緊固連接並在傳動軸的下方，滑輪與摩擦力傳感器通過細線相連；正壓力傳感器A、正 壓力傳感器B、正壓力傳感器C和摩擦力傳感器通過數據線與電路系統相連，電路系統通過 數據線與計算機相連；電路系統負責採集並處理從正壓力傳感器A、正壓力傳感器B、正壓 力傳感器C和摩擦力傳感器輸出的數據，並將這些數據傳送給計算機，計算機中的數據處 理軟體對接收到的數據進行處理，得到待測顆粒表面的摩擦係數。工作過程在水平連杆A、水平連杆B、水平連杆C和豎直連杆的一端各粘貼一個待測顆粒，通 過調整，使四個顆粒位於同一水平面內，並且讓水平連杆A、水平連杆B和水平連杆C的頂端 從互為120度角的方向擠壓豎直連杆頂端的待測顆粒；調整正壓力調節螺釘A、正壓力調節 螺釘B和正壓力調節螺釘C並觀測正壓力傳感器A、正壓力傳感器B和正壓力傳感器C的輸 出值使水平連杆A、水平連杆B和水平連杆C 一端的待測顆粒對豎直連杆一端的待測顆粒 的正壓力相同；用一根細線通過一個輕質彈簧牽引傳動軸下方的滑輪，細線上的張力通過 摩擦力傳感器進行實時測量；在細線上的張力由小變大的過程中，待測顆粒間的靜摩擦力 矩也在逐漸增大；當顆粒間出現滑動前的一瞬間，靜摩擦力矩達到最大，再根據顆粒間的正 壓力值，可計算出顆粒間的最大靜摩擦係數；如果用一個恆定力矩牽引滑輪讓其連續轉動； 根據此時的張力矩和顆粒間的正壓力可計算出顆粒間的滑動摩擦係數。有益效果本發明可測定顆粒表面的最大靜摩擦係數和滑動摩擦係數，尤其是可測量直徑小 於10mm的顆粒表面的最大靜摩擦係數和滑動摩擦係數；本發明的操作簡單、方便，測量過 程快捷、準確。


圖1為本發明的結構示意圖；其中，1-水平連杆A、2-水平連杆B、3-水平連杆c、4-正壓力傳感器A、5-正壓力 傳感器B、6-正壓力傳感器C、7-正壓力調節螺釘A、8-正壓力調節螺釘B、9-正壓力調節 螺釘C、10-豎直連杆、11-支架、12-傳動軸支架、13-傳動軸、14-滑輪、15-摩擦力傳感器、 16-電路系統、17-計算機、18-待測顆粒A、19-待測顆粒B、20-待測顆粒C、21_待測顆粒 D、22-固定環、23-支撐柱A、24-支撐柱B、25-支撐柱C、26-底座、27-輔助支撐杆A、28-輔 助支撐杆B、29-輔助支撐杆C29。
具體實施例方式實施例本發明的一種顆粒表面摩擦係數的測量裝置，如圖1所示，該裝置包括水平連杆 A1、水平連杆B2、水平連杆C3、正壓力傳感器A4、正壓力傳感器B5、正壓力傳感器C6、正壓力調節螺釘A7、正壓力調節螺釘B8、正壓力調節螺釘C9、豎直連杆10、支架11、傳動軸支架 12、傳動軸13、滑輪14、摩擦力傳感器15、電路系統16、計算機17、氧化鋁球形顆粒A18、氧 化鋁球形顆粒B19、氧化鋁球形顆粒C20和氧化鋁球形顆粒D21，其中氧化鋁球形顆粒的直 徑都為5mm，支架11包括一個固定環22、支撐柱A23、支撐柱B24、支撐柱C25和底座26，支撐 柱A23上固定連接有一個輔助支撐杆A27、支撐柱B24上固定連接有一個輔助支撐杆B28、 支撐柱C25上固定連接有一個輔助支撐杆C29 ；其連接關係為固定環22通過支撐柱A23、 支撐柱B24、支撐柱C25固定在底座26上，輔助支撐杆A27、輔助支撐杆B28和輔助支撐杆 C29與傳動軸支架12固定連接，用於將傳動軸支架12與支架11固定在一起；正壓力傳感器 A4、正壓力傳感器B5、正壓力傳感器B6通過螺紋固定在固定環22上；滑輪14和傳動軸13 緊固連接，摩擦力傳感器15固定在底座上；水平連杆A1、水平連杆B2和水平連杆C3在同 一水平面內，且三個水平連杆之間互成120度角，豎直連杆10與三個水平連杆所在的水平 面垂直；豎直連杆10的一端與傳動軸13同軸固定連接，傳動軸13通過軸承固定在傳動軸 支架12的內部；水平連杆A1的一端與正壓力傳感器A4彈性連接，水平連杆B2的一端與正 壓力傳感器B5彈性連接，水平連杆C3的一端與正壓力傳感器C6彈性連接，正壓力傳感器 A4與正壓力調節螺釘A7通過螺紋固定連接，正壓力傳感器B5與正壓力調節螺釘B8通過螺 紋固定連接，正壓力傳感器C6與正壓力調節螺釘C9通過螺紋固定連接，水平連杆A1的另 一端粘貼氧化鋁球形顆粒A18，水平連杆B2的另一端粘貼氧化鋁球形顆粒B19，水平連杆C3 的另一端粘貼氧化鋁球形顆粒C20，豎直連杆4的另一端粘貼氧化鋁球形顆粒D21，氧化鋁 球形顆粒A18的球心、氧化鋁球形顆粒B19的球心、氧化鋁球形顆粒C20的球心和氧化鋁球 形顆粒D21的球心位於一個水平面內；水平連杆A1、正壓力傳感器A4及調節螺釘A7位於同 一直線上，水平連杆B2、正壓力傳感器B5及調節螺釘B8位於同一直線上，水平連杆C3、正 壓力傳感器C6及調節螺釘C9位於同一直線上；氧化鋁球形顆粒A18、氧化鋁球形顆粒B19 和氧化鋁球形顆粒C20從互成120度角的方向擠壓氧化鋁球形顆粒D21 ；滑輪14與傳動軸 13緊固連接並在傳動軸13的下方，滑輪14與摩擦力傳感器15通過細線相連；正壓力傳感 器A4、正壓力傳感器B5、正壓力傳感器C6和摩擦力傳感器15通過數據線與電路系統16相 連，電路系統16通過數據線與計算機17相連；電路系統16負責採集並處理從正壓力傳感 器A4、正壓力傳感器B5、正壓力傳感器C6和摩擦力傳感器15輸出的數據，並將這些數據傳 送給計算機17，計算機17中的數據處理軟體對接收到的數據進行處理，得到氧化鋁球形顆 粒表面的摩擦係數。工作過程在水平連杆A、水平連杆B、水平連杆C和豎直連杆的一端各粘貼一個氧化鋁球形 顆粒，通過調整，使四個顆粒位於同一水平面內，並且讓水平連杆A、水平連杆B和水平連杆 C的頂端從互為120度角的方向擠壓豎直連杆頂端的氧化鋁球形顆粒；調整正壓力調節螺 釘A、正壓力調節螺釘B和正壓力調節螺釘C並觀測正壓力傳感器A、正壓力傳感器B和正壓 力傳感器C的輸出值使水平連杆A、水平連杆B和水平連杆C 一端的氧化鋁球形顆粒對豎直 連杆一端的氧化鋁球形顆粒的正壓力相同，此時的正壓力都為4. 50N;用一根細線通過一 個輕質彈簧牽引傳動軸下方的滑輪，細線上的張力通過摩擦力傳感器進行實時測量；在細 線上的張力由小變大的過程中，氧化鋁球形顆粒間的靜摩擦力矩也在逐漸增大；當氧化鋁 球形顆粒間出現滑動前的一瞬間，靜摩擦力達到最大值為1. 58N，再根據氧化鋁球形顆粒間的正壓力值4. 50N，計算出氧化鋁球形顆粒間的最大靜摩擦係數為0. 351 ；用一個恆定力牽 引滑輪讓其連續轉動；根據恆定力和氧化鋁球形顆粒間的正壓力4. 50N，計算出氧化鋁球 形顆粒間的滑動摩擦力為1. 40N，從而計算出氧化鋁球形顆粒間的滑動摩擦係數為0. 311。
權利要求
一種顆粒表面摩擦係數的測量裝置，該裝置包括水平連杆A(1)、水平連杆B(2)、水平連杆C(3)、正壓力傳感器A(4)、正壓力傳感器B(5)、正壓力傳感器C(6)、正壓力調節螺釘A(7)、正壓力調節螺釘B(8)、正壓力調節螺釘C(9)、豎直連杆(10)、支架(11)、傳動軸支架(12)、傳動軸(13)、滑輪(14)、摩擦力傳感器(15)、電路系統(16)、計算機(17)、待測顆粒A(18)、待測顆粒B(19)、待測顆粒C(20)和待測顆粒D(21)，其中支架(11)包括一個固定環(22)、支撐柱A(23)、支撐柱B(24)、支撐柱C(25)和底座(26)，支撐柱A(23)上固定連接有輔助支撐杆A(27)、支撐柱B(24)上固定連接有輔助支撐杆B(28)、支撐柱C(25)上固定連接有輔助支撐杆C(29)；其特徵在於固定環(22)通過支撐柱A(23)、支撐柱B(24)、支撐柱C(25)固定在底座(26)上，輔助支撐杆A(27)、輔助支撐杆B(28)和輔助支撐杆C(29)與傳動軸支架(12)固定連接用於將傳動軸支架(12)與支架(11)固定在一起；正壓力傳感器A(4)、正壓力傳感器B(5)、正壓力傳感器B(6)通過螺紋固定在固定環22上；滑輪14和傳動軸(13)緊固連接，摩擦力傳感器(15)固定在底座上；水平連杆A(1)、水平連杆B(2)和水平連杆C(3)通過螺釘固定在固定環(22)上，滑輪(14)和摩擦力傳感器(15)在底座上；水平連杆A(1)、水平連杆B(2)和水平連杆C(3)在同一水平面內，豎直連杆(10)與三個水平連杆所在的水平面垂直；豎直連杆(10)的一端與傳動軸(13)同軸固定連接，傳動軸(13)通過軸承固定在傳動軸支架(12)的內部；水平連杆A(1)的一端與正壓力傳感器A(4)彈性連接，水平連杆B(2)的一端與正壓力傳感器B(5)彈性連接，水平連杆C(3)的一端與正壓力傳感器C(6)彈性連接，正壓力傳感器A(4)與正壓力調節螺釘A(7)固定連接，正壓力傳感器B(5)與正壓力調節螺釘B(8)固定連接，正壓力傳感器C(6)與正壓力調節螺釘C(9)固定連接，水平連杆A(1)的另一端粘貼待測顆粒A(18)，水平連杆B(2)的另一端粘貼待測顆粒B(19)，水平連杆C(3)的另一端粘貼待測顆粒C(20)，豎直連杆4的另一端粘貼待測顆粒D(21)，待測顆粒A(18)的球心、待測顆粒B(19)的球心、待測顆粒C(20)的球心和待測顆粒D(21)的球心位於一個水平面內；水平連杆A(1)、正壓力傳感器A(4)及調節螺釘A7位於同一直線上，水平連杆B(2)、正壓力傳感器B(5)及調節螺釘B8位於同一直線上，水平連杆C(3)、正壓力傳感器C(6)及調節螺釘C9位於同一直線上；待測顆粒A(18)、待測顆粒B(19)和待測顆粒C(20)擠壓待測顆粒D(21)；滑輪(14)與傳動軸(13)緊固連接並在傳動軸(13)的下方，滑輪(14)與摩擦力傳感器(15)通過細線相連；正壓力傳感器A(4)、正壓力傳感器B(5)、正壓力傳感器C(6)和摩擦力傳感器(15)通過數據線與電路系統(16)相連，電路系統(16)通過數據線與計算機(17)相連；電路系統(16)負責採集並處理從正壓力傳感器A(4)、正壓力傳感器B(5)、正壓力傳感器C(6)和摩擦力傳感器(15)輸出的數據，並將這些數據傳送給計算機(17)，計算機(17)中的數據處理軟體對接收到得數據進行處理，得到待測顆粒表面的摩擦係數。
2.根據權利要求1所示的一種顆粒表面摩擦係數的測量裝置，其特徵在於水平連杆 A (1)、水平連杆B (2)和水平連杆C (3)之間互成120度角。
3.根據權利要求1所示的一種顆粒表面摩擦係數的測量裝置，其特徵在於待測顆粒 A(18)、待測顆粒B(19)和待測顆粒C(20)從互成120度角的方向擠壓待測顆粒D(21)。
全文摘要
本發明涉及一種顆粒表面摩擦係數的測量裝置，特別涉及一種球形顆粒表面摩擦係數的測量裝置，屬於測量技術領域。該裝置包括水平連杆、正壓力傳感器、正壓力調節螺釘、豎直連杆、支架、傳動軸支架、傳動軸、滑輪、摩擦力傳感器、電路系統、計算機和待測顆粒，豎直連杆與水平連杆所在的水平面垂直；豎直連杆與傳動軸固定連接，水平連杆的一端與正壓力傳感器彈性連接，另一端粘貼待測顆粒，待測顆粒的球心位於同一個水平面內；滑輪與摩擦力傳感器通過細線相連。本發明可測定顆粒表面的最大靜摩擦係數和滑動摩擦係數，尤其是可測量直徑小於10mm的顆粒表面的最大靜摩擦係數和滑動摩擦係數；本發明的操作簡單、方便，測量過程快捷、準確。
文檔編號G01N19/02GK101876625SQ20091023803
公開日2010年11月3日 申請日期2009年11月20日 優先權日2009年11月20日
發明者史慶藩, 孫剛, 魯長宏 申請人:北京理工大學