CN102878910A - 用于散粒体物料摩擦角和摩擦系数测量的斜面仪装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于物料的物理性质检测领域，特别涉及一种用于测量散粒体物料在不同材料板件上的摩擦角和摩擦系数的斜面仪装置。操作员首先将待测散粒体物料均匀铺在安放好的板件上，并不断增加板件与水平面的夹角直至板件上的物料滑落至接料盘中，然后通过测量装置得出摩擦角或摩擦系数。该装置采用摇杆机构配备自锁功能，测量装置包括圆弧尺和直尺。自锁功能使操作员可以在试验中放开摇杆，专心调整视线观察读数。圆弧尺和直尺上下端的固接采用一定厚度的连接板避免了竖直方向的扭曲从而保证了测量精度，并兼有侧板加强筋的作用。下方接料盘的设计充分考虑了多次重复试验的要求。该装置无需外接电源，可放置于试验室内的水平的试验台或地面。

Description

用于散粒体物料摩擦角和摩擦系数测量的斜面仪装置

技术领域

本发明属于物料的物理性质检测领域，特别涉及一种用于测量散粒体物料在不同材料板件上的摩擦角和摩擦系数的斜面仪装置。

背景技术

在农业工程领域，特别是饲料加工生产过程中，散粒体物料与特定材料的摩擦角和摩擦系数是贮藏、运输、加工等工序的重要参数。原料特性评价、饲料生产节能降耗等研究都涉及到摩擦角和摩擦系数的测量。

目前摩擦系数的测量方法是将物料放置在可倾斜的板上，物料刚好从板上滑落的角度即为摩擦角，而摩擦系数可以依据摩擦角来计算得出。实用新型专利“摩擦系数测定仪”(申请号99251092.9)和发明专利“非散粒体材料摩擦角测定仪”(申请号200510079351.7)采用螺纹调节的方式来调节可倾斜板和水平面的夹角，在试验量大的情况下，不利于操作员进行重复的边调节边观察的试验操作。

实用新型专利“一种摩擦系数测量器”(申请号201020149263.6)主要用于物理实验中对学生的教学演示，具有良好的直观性，采用定位销作为调节斜面倾角的方式，连续性差且调节幅度小，故不适用于试验研究。

一些科研人员在试验工作中，曾设计过一些简易的斜面仪。如施卫省于2002年使用自制的斜面仪对不同含水量水冬瓜果的摩擦系数进行测量，又如Chung，Y.C于2004年采用可调节角度的倾斜板完成谷物的摩擦角的测量，这两者都采用了比较利于操作的摇杆调节方式；但采用的试验装置没有自锁功能，且不配备读取摩擦角和直接得出摩擦系数的测量装置。

发明专利“用于测试摩擦与自锁的装置”(申请号200810218360.3)将角度仪、拉力计和位移传感器与计算机相连，可以精确得出试验对象的相对滑动摩擦力，但是该方法角度调节范围小，要求被测物体均匀连续，不适用于散粒体物料摩擦性能的测试。发明专利“种子自流角的自动检测装置”(申请号201010504693.X)采用图像采集***确定种子在特定材料下滚动的始角和末角，并通过编码器实现角度的检测；该装置适用于种子自流角的这种特殊的检测，而对一般的散粒体物料摩擦角的测定，有必要设计一种操作更简便、更直观、成本更低廉的试验装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决散粒体物料在不同材料上的摩擦角和摩擦系数的测量问题，提供一种用于测量散粒体物料在不同材料板件上摩擦角和摩擦系数的斜面仪装置，摇杆1所在的一侧即为该装置的操作端，其特征在于，操作端侧梁6和非操作端侧梁10通过若干根支撑杆12用螺栓连接，构成斜面仪底座；操作端侧板5和非操作端侧板11下端用螺栓分别固接在操作端侧梁6和非操作端侧梁10上，上端折弯并通过顶板18用螺栓连接；牵引绳缠绕轴3穿过操作端侧板5和非操作端侧板11，两端通过带底座的轴承固定，并在操作端侧板5外侧焊接有摇杆1；可调斜板16前沿焊接有斜板转轴8，斜板转轴8的两端通过轴承与操作端侧板5和非操作端侧板11相连。测定摩擦角和摩擦系数时，在操作端侧的操作员首先将被测板件15放置在可调斜板16上，并将其前沿贴在位于可调斜板16前端的限位立柱9上，再将被测散粒体物料14均匀平铺在被测板件15的上方；转动摇杆1通过牵引装置增大被测板件15与水平面的夹角，直至被测散粒体物料14从被测板件15滑落至接料盘7内，然后可放开摇杆1，可调斜板16被自锁装置锁定在固定的角度上；通过测量装置得到物料的摩擦角和摩擦系数。

所述牵引装置中，采用牵引绳17穿过可调斜板16后端的牵引绳定位孔19，再向上穿过位于牵引绳缠绕轴3中间的两个方向相同并垂直于轴心的孔，然后向下再次穿过牵引绳定位孔19，并在可调斜板16的下侧使用钢丝绳夹23与其首端卡住，当操作员转动摇杆1时，牵引绳17不断缠绕在牵引绳缠绕轴3上，可调斜板16的后端会在钢丝绳夹23的带动下向上抬起。

所述测量装置包括圆弧尺13和直尺4，读取可调斜板16在圆弧尺13上所指的刻度可得知摩擦角，可调斜板16在直尺4上所指的刻度值除以100mm，即为摩擦系数。圆弧尺13的测量范围是0°到90°，0°刻度线在非操作端侧梁10上沿的平面上，圆弧尺13的外形为四分之一圆弧，斜板转轴8的轴心穿过该圆弧的圆心；直尺4与地面垂直，下沿0mm刻度线紧贴操作端侧梁6上沿。圆弧尺13和直尺4的刻度面都朝向操作端。

所述自锁装置中，棘轮2靠近操作端侧板5的内侧通过键连接固接在牵引绳缠绕轴3上，和棘轮2配套的棘爪24也固接在操作端侧板5的内侧限制棘轮2的转动；操作端侧板5上端折弯部分焊接有弹簧限位柱26，弹簧25穿过弹簧限位柱26上端顶在操作端侧板5折弯部分内侧，下端贴在棘爪24上；由于棘爪24的重力和弹簧25的弹性力作用，当操作员转动摇杆1时，从操作端视角来看，牵引绳缠绕轴3只能顺时针转动，而无法逆时针转动，故被测板件15与水平面的夹角只能向增大的方向变化；试验完成后，操作员可施加外力搬动棘爪24使可调斜板16回落。

所述自锁装置中，每完成一次自锁可调斜板16抬起的角度至多增加0.5°。

所述可调斜板16前端焊接有2个对称的限位立柱9，后端中心位置有牵引绳定位孔19。

所述操作端侧梁6和非操作端侧梁10的材料为角钢，安装时一个直角边朝向斜面仪内侧，另一个直角边贴在水平地面或试验台。

所述圆弧尺13的圆心与牵引绳缠绕轴3的轴心之间的距离大于圆弧尺13的圆心与钢丝绳夹23的距离。

所述斜板转轴8轴心上的任意点距离可调斜板16的上下两面距离相等。

所述圆弧尺13下端用螺栓固接在非操作端侧梁10内侧，两者中间夹有圆弧尺夹板20，圆弧尺夹板20的厚度与非操作端侧板10的厚度相等。

所述直尺4的0mm刻度线与其下端边缘重合，下端通过直尺下端固定板21与操作端侧梁6相连，连接方式采用沉头螺钉，螺钉尾端朝向操作端；上端通过直尺上端固定板22与操作端侧板5相连，操作端侧梁6采用的角钢材料厚度减去直尺4的厚度即为直尺上端固定板22的厚度；直尺4刻度线所在边与圆弧尺13的圆心距离为100mm。

所述接料盘7采用钢板折弯而成的铲状结构。接料盘侧边72有钩状结构，可以使其悬挂在操作端侧梁6和非操作端侧梁10的中间；前端延伸的位置超过斜板转轴8的所在的位置；接料盘挡板71位于斜面仪端侧。

本发明的特点：

1、测量准确，测量装置安装的基准线与测量倾斜板倾斜角度所用到的基准线重合，且上下端的固接采用一定厚度的板以使其不发生竖直方向的扭曲。

2、操作方便，自锁功能的设计使操作员可以放开摇杆，专心调整视线观察读数，下方接料盘的设计充分考虑了同组样品多次重复试验的需求。

3、数值读取直观，可以通过有效地测量装置快速得出特定的物料与相对于特定材料的摩擦角和摩擦系数。

4、摆放地点灵活，该装置采用手动摇杆作为抬起斜板的驱动装置，无需外接电源；试验室内大多配备水平的试验台或地面，可以较随意地设定该仪器的摆放地点。

5、设备稳定性好，底座采用角钢直角的面接触，测量所用到的圆弧尺和直尺也起到侧板加强筋的作用；两根侧梁在没有设置连接杆的位置有接料盘相连接，增加了底座的稳定性。

本发明的有益效果为：该斜面仪装置可以使操作员实现对散粒体物料摩擦系数的有效测量，采用易于操作的摇杆机构配备自锁功能，可以从测量装置上同时得出摩擦角和摩擦系数。该仪器为散粒体物理性质的相关研究创造了条件，制作成本低，因而具有很好的推广性。

附图说明

图1为斜面仪装置的三维示意图；

图2可调斜板的俯视示意图；

图3为斜面仪装置操作端的测量装置示意图；

图4为自锁装置示意图；

图5为接料盘的三维示意图；

图中，1--摇杆，2--棘轮，3--牵引绳缠绕轴，4--直尺，5--操作端侧板，6--操作端侧梁，7--接料盘，8--斜板转轴，9--限位立柱，10--非操作端侧梁，11--非操作端侧板，12--支撑杆，13--圆弧尺，14--散粒体物料，15--被测板件，16--可调斜板，17--牵引绳，18--顶板，19--牵引绳定位孔，20--圆弧尺夹板，21--直尺下端固定板，22--直尺上端固定板，23--钢丝绳夹，24--棘爪，25--弹簧，26--弹簧限位柱，71--接料盘挡板，72--接料盘侧边。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体结构进一步说明。

斜面仪装置的三维示意图如图1所示，一种可以安放不同材料板件，并调节、锁定其与水平面夹角的斜面仪装置，可实现散粒体物料在不同材料上的摩擦角和摩擦系数的测量。摇杆1所在的一侧即为该装置的操作端，其特征在于，操作端侧梁6和非操作端侧梁10通过2根支撑杆12用螺栓连接，构成斜面仪底座；操作端侧板5和非操作端侧板11下端用螺栓分别固接在操作端侧梁6和非操作端侧梁10上，上端折弯并通过顶板18用螺栓连接；牵引绳缠绕轴3穿过操作端侧板5和非操作端侧板11，两端通过带底座的轴承固定，并在操作端侧板5外侧焊接有摇杆1；可调斜板16前沿焊接有斜板转轴8，斜板转轴8的两端通过轴承与操作端侧板5和非操作端侧板11相连。测定摩擦角和摩擦系数时，在操作端侧的操作员首先将被测板件15放置在可调斜板16上，并将其前沿贴在位于可调斜板16前端的限位立柱9上，再将被测散粒体物料14均匀平铺在被测板件15的上方；转动摇杆1通过牵引装置增大被测板件15与水平面的夹角，直至被测散粒体物料14从被测板件15滑落至接料盘7内，然后可放开摇杆1，可调斜板16被锁自锁装置锁定在固定的角度上；通过测量装置得到所需摩擦角和摩擦系数。操作端侧梁6和非操作端侧梁10的材料为角钢，安装时一个直角边朝向斜面仪内侧，另一个直角边贴在水平地面或实验台。

牵引装置的实施如图2和图3所示，可调斜板16前端焊接有2个对称的限位立柱9，后端中心位置有牵引绳定位孔19；斜板转轴8轴心上的任意点距离可调斜板16的上下两面距离相等。牵引绳17穿过可调斜板16后端的牵引绳定位孔19，再向上穿过位于牵引绳缠绕轴3中间的两个方向相同并垂直于轴心的孔，然后向下再次穿过牵引绳定位孔19，并在可调斜板16的下侧使用钢丝绳夹23与其首端卡住，当操作员转动摇杆1时，牵引绳17不断缠绕在牵引绳缠绕轴3上，可调斜板16的后端会在钢丝绳夹23的带动下向上抬起。圆弧尺13的圆心与牵引绳缠绕轴3的轴心之间的距离大于圆弧尺13的圆心与钢丝绳夹23的距离。

测量装置如图3所示，测量装置包括圆弧尺13和直尺4，读取可调斜板16在圆弧尺13上所指的刻度可得知摩擦角，可调斜板16在直尺4上所指的刻度值除以100mm，即为摩擦系数。圆弧尺13的测量范围是0°到90°，0°刻度线在非操作端侧梁10上沿的平面上，圆弧尺13的外形为四分之一圆弧，斜板转轴8的轴心穿过该圆弧的圆心；直尺4与地面垂直，下沿0mm刻度线紧贴操作端侧梁6上沿。圆弧尺13下端用螺栓固接在非操作端侧梁10内侧，两者中间夹有圆弧尺夹板20，圆弧尺夹板20的厚度与非操作端侧板10的厚度相等。直尺4的0mm刻度线与其下端边缘重合，下端通过直尺下端固定板21与操作端侧梁6相连，连接方式采用沉头螺钉，螺钉尾端朝向操作端；上端通过直尺上端固定板22与操作端侧板5相连，操作端侧梁6采用的角钢材料厚度减去直尺4的厚度即为直尺上端固定板22的厚度；直尺4刻度线所在边与操与圆弧尺13的圆心距离为100mm。圆弧尺13和直尺4的刻度面都朝向操作端。

自锁装置如图4所示，棘轮2靠近操作端侧板5的内侧通过键连接固接在牵引绳缠绕轴3上，和棘轮2配套的棘爪24也固接在操作端侧板5的内侧限制棘轮2的转动；操作端侧板5上端折弯部分焊接有弹簧限位柱26，弹簧25穿过弹簧限位柱26上端顶在操作端侧板5折弯部分内侧，下端贴在棘爪24上；由于棘爪24的重力和弹簧25的弹性力作用，当操作员转动摇杆1时，从操作端视角来看，牵引绳缠绕轴3只能顺时针转动，而无法逆时针转动，故被测板件15与水平面的夹角只能向增大的方向变化；试验完成后，操作员可施加外力搬动棘爪24使可调斜板16回落。自锁装置中，每完成一次自锁可调斜板16抬起的角度至多增加0.5°。

如图1和图5所示，接料盘7采用钢板折弯而成的铲状结构。接料盘侧边72有钩状结构，可以使其悬挂在操作端侧梁6和非操作端侧梁10的中间；前端延伸的位置超过斜板转轴8的所在的位置；接料盘挡板71位于斜面仪装置端侧。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，如牵引绳和缠绕轴、倾斜板不一定采取一端固接，也可以采取两端都用钢丝绳夹固接，又如在棘爪具备一定的重力时，自锁装置中的弹簧可以免去。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于测量散粒体物料在不同材料板件上摩擦角和摩擦系数的斜面仪装置，摇杆(1)所在的一侧即为该装置的操作端，其特征在于，操作端侧梁(6)和非操作端侧梁(10)通过若干根支撑杆(12)连接，构成斜面仪底座；操作端侧板(5)和非操作端侧板(11)下端分别固接在操作端侧梁(6)和非操作端侧梁(10)上，上端通过顶板(18)连接；牵引绳缠绕轴(3)穿过操作端侧板(5)和非操作端侧板(11)，两端通过带底座的轴承固定，并在操作端侧板(5)外侧固接有摇杆(1)；可调斜板(16)前沿焊接有斜板转轴(8)，斜板转轴(8)的两端通过轴承与操作端侧板(5)和非操作端侧板(11)相连；测定摩擦角和摩擦系数时，首先将被测板件(15)放置在可调斜板(16)上，并将其前沿贴在位于可调斜板(16)前端的限位立柱(9)上，再将被测散粒体物料(14)均匀平铺在被测板件(15)的上方；转动摇杆(1)通过牵引装置增大被测板件(15)与水平面的夹角，直至被测散粒体物料(14)从被测板件(15)滑落至接料盘(7)内，然后放开摇杆(1)，可调斜板(16)被自锁装置锁定在固定的角度上；通过测量装置得到物料的摩擦角和摩擦系数；

所述牵引装置中，采用牵引绳(17)连接可调斜板(16)的后端与牵引绳缠绕轴(3)的中间位置；转动摇杆(1)时，牵引绳(17)不断缠绕在牵引绳缠绕轴(3)上，可调斜板(16)的后端在牵引绳(17)的带动下向上抬起；

所述测量装置包括圆弧尺(13)和直尺(4)。

所述自锁装置中，棘轮(2)靠近操作端侧板(5)的内侧固接在牵引绳缠绕轴(3)上，和棘轮(2)配套的棘爪(24)也固接在操作端侧板(5)的内侧限制棘轮(2)的转动；当摇杆(1)转动时，被测板件(15)与水平面的夹角只能向增大的方向变化，每完成一次自锁可调斜板(16)抬起的角度至多增加0.5°；试验完成后，搬动棘爪(24)使可调斜板(16)回落。

2.如权利要求1所述的斜面仪装置，其特征在于，读取可调斜板(16)在圆弧尺(13)上所指的刻度可得知摩擦角，可调斜板(16)在直尺(4)上所指的刻度值除以100mm，即为摩擦系数；圆弧尺(13)的测量范围是0°到90°，0°刻度线在非操作端侧梁(10)上沿的平面上，圆弧尺(13)的外形为四分之一圆弧，斜板转轴(8)的轴心穿过该圆弧的圆心；直尺(4)与地面垂直，下沿0mm刻度线紧贴操作端侧梁(6)上沿；圆弧尺(13)和直尺(4)的刻度面都朝向操作端。

3.如权利要求1所述的斜面仪装置，其特征在于，可调斜板(16)前端焊接有2个对称的限位立柱(9)。

4.如权利要求1所述的斜面仪装置，其特征在于，所述操作端侧梁(6)和非操作端侧梁(10)的材料为角钢，一个直角边朝向斜面仪内侧，另一个直角边贴在水平地面或试验台。

5.如权利要求1所述的斜面仪装置，其特征在于，所述圆弧尺(13)的圆心与牵引绳缠绕轴(3)的轴心之间的距离大于可调斜板(16)的长度。

6.如权利要求1或权利要求2所述的斜面仪装置，其特征在于，所述圆弧尺(13)下端固接在非操作端侧梁(10)内侧，两者中间夹有圆弧尺夹板(20)，圆弧尺夹板(20)的厚度与非操作端侧板(10)的厚度相等。

7.如权利要求1或权利要求2所述的斜面仪装置，其特征在于，所述直尺(4)的0mm刻度线与其下端边缘重合，下端与操作端侧梁(6)相连；上端通过直尺上端固定板(22)与操作端侧板(5)相连，操作端侧梁(6)采用的角钢材料厚度减去直尺(4)的厚度即为直尺上端固定板(22)的厚度；直尺(4)刻度线所在边与圆弧尺(13)的圆心距离为100mm。

8.如权利要求1所述的斜面仪装置，其特征在于，所述接料盘(7)采用铲状结构；接料盘侧边(72)有钩状结构，使其悬挂在操作端侧梁(6)和非操作端侧梁(10)的中间；前端延伸的位置超过斜板转轴(8)的所在的位置；接料盘挡板(71)位于斜面仪装置端侧。

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