CN113125140A - 弹性体耦合动力学特性实验装置及实验*** - Google Patents

Abstract

本申请涉及实验装置领域，尤其是涉及一种弹性体耦合动力学特性实验装置及实验***。弹性体耦合动力学特性实验装置包括传感器组件、驱动机构和剪切弹簧组件；所述传感器组件与所述弹性体的一端连接，所述驱动机构与所述弹性体的另一端连接并驱动所述弹性体做张弛运动；所述传感器组件与所述剪切弹簧组件的一侧连接，所述驱动机构与所述剪切弹簧组件的另一侧连接，以向所述剪切弹簧组件施加剪切力；所述传感器组件用于测量所述弹性体和所述剪切弹簧组件的耦合作用力。本申请提供的弹性体耦合动力学特性实验装置完善了现有弛张筛双质体力学模型的刚度项和阻尼项，从而可以准确求出弛张筛主、浮筛框的运动学规律。

Description

弹性体耦合动力学特性实验装置及实验***

技术领域

本申请涉及实验装置领域，尤其是涉及一种弹性体耦合动力学特性实验装置及实验***。

背景技术

目前针对弛张筛动力学特性的研究主要以双质体线性理论为主，只考虑了剪切弹簧的线性刚度力和阻尼力，对弛张筛的设计和工业应用提供了一定的理论依据，但该理论忽略了弹性筛面和物料之间的相互作用力，实际上真正影响弛张筛主、浮筛框动力学特性的是剪切弹簧、弹性筛面和物料三者之间的耦合作用力，因此研究剪切弹簧、弹性筛面和物料之间的耦合作用力十分必要。

现有的实验装置只能测得弹性筛面空载或重载条件下的动力学特性，无法测得弹性筛面和剪切弹簧的耦合作用力。

发明内容

本申请的目的在于提供一种弹性体耦合动力学特性实验装置及实验***，用于测量弹性筛面和剪切弹簧的耦合作用力。

本申请提供了一种弹性体耦合动力学特性实验装置，包括传感器组件、驱动机构和剪切弹簧组件；

所述传感器组件与所述弹性体的一端连接，所述驱动机构与所述弹性体的另一端连接并驱动所述弹性体做张弛运动；

所述传感器组件与所述剪切弹簧组件的一侧连接，所述驱动机构与所述剪切弹簧组件的另一侧连接，以向所述剪切弹簧组件施加剪切力；

所述传感器组件用于测量所述弹性体和所述剪切弹簧组件的耦合作用力。

在上述技术方案中，进一步地，还包括导向组件；

所述导向组件包括导向轴、间隔设置的第一支撑板和第二支撑板；所述弹性体安装于所述第一支撑板和所述第二支撑板之间，所述导向轴位于所述弹性体的侧部，所述导向轴贯穿所述第一支撑板和所述第二支撑板，且所述第一支撑板和所述第二支撑板能够相对于所述导向轴沿轴向运动；

所述第一支撑板远离所述弹性体的一侧与所述驱动机构连接，所述第二支撑板远离所述弹性体的一侧与所述传感器组件连接。

在上述技术方案中，进一步地，所述导向轴与所述第一支撑板之间及所述导向轴与所述第二支撑板之间还分别设置有直线轴承。

在上述技术方案中，进一步地，所述传感器组件包括安装座和第一力传感器；

所述安装座位于所述第二支撑板远离所述第一支撑板的一侧，所述第一力传感器安装于所述安装座，所述第二支撑板、所述剪切弹簧组件均与所述第一力传感器的测量端连接。

在上述技术方案中，进一步地，所述传感器组件还包括安装板、第二力传感器和第三力传感器；

所述安装板位于所述安装座和所述第二支撑板之间，所述导向轴能够贯穿所述安装板；所述第一力传感器的测量端与所述安装板连接，所述第二力传感器和所述第三力传感器安装于所述安装板；

所述第二力传感器的测量端与所述第二支撑板连接；所述剪切弹簧组件安装于所述安装板和所述第二支撑板之间，且所述第三力传感器的测量端与所述剪切弹簧组件连接。

在上述技术方案中，进一步地，所述导向组件还包括轴座，所述轴座用于固定所述导向轴。

在上述技术方案中，进一步地，所述剪切弹簧组件包括弹簧主体和两个连接件；

所述连接件包括垂直设置的第一连接部和第二连接部；两个所述连接件的第一连接部的内侧相对，两个所述连接件的第二连接部的内侧相对，且所述弹簧主体安装于所述两个所述连接件的第一连接部之间；

其中一个所述连接件的第二连接部与所述驱动机构连接，另一个所述连接件的第二连接部与所述传感器组件连接。

在上述技术方案中，进一步地，还包括防护罩，所述防护罩安装于所述弹性体的上表面；

所述防护罩包括自上而下设置的直筒部和收缩筒部，所述直筒部与所述收缩筒部的大口端连接，所述收缩筒部的小口端与所述弹性体连接；

所述直筒部由透明挡板围设形成，所述收缩筒部由软质材料围设形成。

在上述技术方案中，进一步地，还包括底座；

所述传感器组件、所述驱动机构和所述剪切弹簧组件均安装于所述底座；

所述防护罩还包括支架，所述支架的底部与所述底座连接，所述直筒部与所述支架的顶部连接。

本申请还提供了一种实验***，包括上述方案所述的弹性体耦合动力学特性实验装置。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的弹性体耦合动力学特性实验装置包括传感器组件、驱动机构和剪切弹簧组件。

其中，传感器组件与弹性体的一端连接，驱动机构与弹性体的另一端连接并驱动弹性体做张弛运动；具体地，弹性体为弹性筛板，当驱动机构拉动弹性筛板的一端时，与弹性筛板的另一端连接的传感器组件能够测量弹性筛板的受力情况。

同时，传感器组件还与剪切弹簧组件的一侧连接，驱动机构与剪切弹簧组件的另一侧连接以向剪切弹簧组件施加剪切力，传感器组件也能够测量剪切弹簧组件的受力情况。

也就是说，传感器组件能够测量弹性体和剪切弹簧组件的耦合作用力。通过本实验装置能够测得弹性筛板的筛面在空载和重载条件下剪切弹簧和弹性筛面之间的耦合动力学特性，进而拆分为与速度和位移相关的刚度力和阻尼力，得到弛张筛工作时的刚度系数和阻尼系数，完善现有弛张筛双质体力学模型的刚度项和阻尼项，可以准确求出弛张筛主、浮筛框的运动学规律。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的弹性体耦合动力学特性实验装置的第一结构示意图；

图2为本申请提供的弹性体耦合动力学特性实验装置的第二结构示意图；

图3为本申请提供的弹性体耦合动力学特性实验装置的第三结构示意图；

图4为本申请提供的弹性体耦合动力学特性实验装置的第四结构示意图；

图5为本申请提供的弹性体耦合动力学特性实验装置的第五结构示意图。

图中：101-传感器组件；102-驱动机构；103-剪切弹簧组件；104-弹性筛板；105-导向组件；106-导向轴；107-第一支撑板；108-第二支撑板；109-直线轴承；110-安装座；111-第一力传感器；112-安装板；113-第二力传感器；114-第三力传感器；115-连接杆；116-轴座；117-弹簧主体；118-连接件；119-伺服电机；120-转盘；121-第一连杆；122-第二连杆；123-防护罩；124-直筒部；125-收缩筒部；126-底座；127-底板；128-立板；129-支架；130-第一传动带轮；131-传动杆；132-第二传动带轮；133-加速度传感器；134-连接板。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一

参见图1至图5所示，本申请提供的弹性体耦合动力学特性实验装置包括传感器组件101、驱动机构102和剪切弹簧组件103。

其中，传感器组件101与弹性体的一端连接，驱动机构102与弹性体的另一端连接并驱动弹性体做张弛运动；具体地，图中示出的弹性体为弹性筛板104，当驱动机构102拉动弹性筛板104的一端时，与弹性筛板104的另一端连接的传感器组件101能够测量弹性筛板104的受力情况。

同时，传感器组件101还与剪切弹簧组件103的一侧连接，驱动机构102与剪切弹簧组件103的另一侧连接以向剪切弹簧组件103施加剪切力，传感器组件101也能够测量剪切弹簧组件103的受力情况。优选地，弹性体和剪切弹簧组件103可拆卸安装于传感器组件101和驱动机构102之间，且剪切弹簧组件103位于弹性体的侧部。

也就是说，传感器组件101能够测量弹性体和剪切弹簧组件103的耦合作用力。通过本实验装置能够测得弹性筛板104的弹性筛面在空载和重载条件下剪切弹簧和弹性筛面之间的耦合动力学特性，进而拆分为与速度和位移相关的刚度力和阻尼力，得到弛张筛工作时的刚度系数和阻尼系数，完善现有弛张筛双质体力学模型的刚度项和阻尼项，可以准确求出弛张筛主、浮筛框的运动学规律。

当弹性筛板104实际工作时，弹性筛板104两端的相对运动一般是直线运动。为了模拟弹性筛板104真实的运动情况，来测试弹性筛板104的受力情况，该实施例可选的方案中，弹性体耦合动力学特性实验装置还设置了导向组件105，以对弹性筛板104的运动导向。

具体地，导向组件105包括至少一个导向轴106(图中示出了两个导向轴106，以使导向效果更好)、间隔设置的第一支撑板107和第二支撑板108。弹性筛板104安装于第一支撑板107和第二支撑板108之间，第一支撑板107和第二支撑板108用于对弹性筛板104固定支撑；当弹性筛板104上承载有物料时，位于弹性体的侧部的导向轴106不会影响弹性筛板104对物料的筛分过程。第一支撑板107远离弹性体的一侧与驱动机构102连接，第二支撑板108远离弹性体的一侧与传感器组件101连接。当驱动机构102启动后，第一支撑板107和第二支撑板108开始运动，导向轴106贯穿第一支撑板107和第二支撑板108，以使第一支撑板107和第二支撑板108能够相对于导向轴106沿轴向做直线运动。

当然，与驱动机构102连接的第一支撑板107的运动幅度较大，与传感器组件101连接的第二支撑板108运动幅度相对较小。

该实施例可选的方案中，导向轴106与第一支撑板107之间及导向轴106与第二支撑板108之间还分别设置有直线轴承109，以减小导向轴106与第一支撑板107及第二支撑板108之间的摩擦力，以使第一支撑板107及第二支撑板108的运动更加流畅。

该实施例可选的方案中，传感器组件101包括安装座110和第一力传感器111。安装座110位于第二支撑板108远离第一支撑板107的一侧，第一力传感器111安装于安装座110，第二支撑板108、剪切弹簧组件103均与第一力传感器111的测量端连接，第一力传感器111用于测量弹性筛板104和剪切弹簧组件103的耦合作用力。

进一步地，传感器组件101还包括安装板112、第二力传感器113和第三力传感器114。安装板112位于安装座110和第二支撑板108之间，导向轴106能够贯穿安装板112且二者之间也设置有直线轴承109，以对安装板112导向。弹性筛板104和剪切弹簧组件103的耦合作用力作用于安装板112，第一力传感器111的测量端与安装板112连接以测量耦合作用力。

第二力传感器113和第三力传感器114均安装于安装板112上，具体地，第二力传感器113和第三力传感器114均安装于安装板112远离第二支撑板108的一侧，第二力传感器113的测量端与第二支撑板108通过连接杆115连接，用于单独测量弹性筛板104的受力情况；剪切弹簧组件103安装于安装板112和第二支撑板108之间，第三力传感器114的测量端与剪切弹簧组件103通过连接杆115连接，以单独测量剪切弹簧组件103的受力情况。安装板112开设有多安装孔以使连接杆115穿过，安装于外侧的第一力传感器111和第二力传感器113便于与其他计算设备连接。

该实施例可选的方案中，导向组件105还包括轴座116，轴座116用于固定导向轴106。如图1所示，导向轴106的两端均设置有轴座116，以对导向轴106稳定支撑。

该实施例可选的方案中，剪切弹簧组件103的数量至少为一个，剪切弹簧组件103包括弹簧主体117和两个连接件118。连接件118包括垂直设置的第一连接部和第二连接部，即连接件118呈L形。如图2所示，两个连接件118的第一连接部(长边)的内侧相对，两个连接件118的第二连接部(短边)的内侧相对，且弹簧主体117安装于两个连接件118的第一连接部之间。其中一个连接件118的第二连接部与驱动机构102连接，另一个连接件118的第二连接部与传感器组件101连接。驱动机构102拉动其中一个连接件118的第二连接部靠近或远离另一个连接件118的第二连接部，即对弹簧主体117施加剪切力，传感器组件101用于测量弹簧主体117的受力情况。

该实施例可选的方案中，驱动机构102包括伺服电机119、转盘120和连杆组件。伺服电机119的驱动端与转盘120的中心连接以带动转盘120转动。连杆组件包括铰接的第一连杆121和第二连杆122，第一连杆121的一端与第一支撑板107连接，第一连杆121的另一端通过关节轴承与第二连杆122的一端连接，第二连杆122的另一端通过关节轴承安装于转盘120的圆周处。当伺服电机119带动转盘120转动时，带动第一连杆121和第二连杆122往复运动，从而带动弹性筛板104做张弛运动。

该实施例可选的方案中，本申请还提供了驱动机构102的另一种实施方案，如图5所示，驱动机构102包括伺服电机119、第一传动带轮130、传动杆131、第二传动带轮132，伺服电机119通过第一传动带轮130带动传动杆131转动，传动杆131的中部与第一传动带轮130连接，传动杆131的两端设置有第二传动带轮132，第二传动带轮132的转轮通过轴承支撑定位，第二传动带轮132的皮带与第一支撑板107的两端设置的连接板134连接，当伺服电机119启动时，通过上述结构能够带动第一支撑板107往复运动，从而带动弹性筛板104做张弛运动。

优选地，第一支撑板107的中部设置了加速度传感器133，用来测试弹性体和剪切弹簧移动端的加速度时间历程，通过多次积分可以获得弹性体和剪切弹簧的速度和位移。

实施例二

该实施例二中的弹性体耦合动力学特性实验装置是在上述实施例基础上的改进，上述实施例中公开的技术内容不重复描述，上述实施例中公开的内容也属于该实施例二公开的内容。

由于弹性筛板104的弛张运动具有较大的振动强度，大于筛孔的物料在实验过程中会很快脱离筛面，从弹性筛板104的四周洒落，与弛张筛实际工作中厚料层筛分时物料对弹性筛面的作用差距较大，以使得到物料和弹性筛面相互作用的动力学特性不具有代表性。为克服上述缺陷，该实施例可选的方案中，弹性体耦合动力学特性实验装置还包括安装于弹性体的上表面的防护罩123，明确了物料和弹性筛板104之间的边界条件，限制了物料的运动空间，使物料和弹性筛面之间的相互作用更接近于实际工况。

具体地，防护罩123包括自上而下设置的直筒部124和收缩筒部125，直筒部124与收缩筒部125的大口端连接，收缩筒部125的小口端与弹性体连接；直筒部124由透明挡板围设形成，收缩筒部125由软质材料围设形成。

在该实施例中，参见图4所示，直筒部124可由四块透明挡板围设形成，透明材质便于对物料进行观察，直筒部124的底端连接有软质挡板且软质挡板围设成倒四棱锥的形状，从而形成刚柔耦合兜状的防护罩123。刚柔耦合兜状防护罩123真正实现了弛张筛工作时物料和弹性筛面之间的耦合作用和相位关系，透明挡板和弹性筛面之间采用软连接，筛上物料不会从弹性筛面四周洒落，且弹性筛面的运动不会受到该软连接的影响。

该实施例可选的方案中，弹性体耦合动力学特性实验装置还包括底座126；底座126包括底板127和立板128，传感器组件101、驱动机构102和剪切弹簧组件103均安装于底板127的上表面，立板128安装于底板127的下表面，用于支撑底板127。

防护罩123还包括支架129，以将罩体安装于弹性筛面正上方。支架129的底部与底板127的上表面连接，直筒部124与支架129的顶部连接，从而实现对整个罩体的支撑作用。

实施例三

本申请实施例三提供了一种实验***，包括上述任一实施例的弹性体耦合动力学特性实验装置，因而，具有上述任一实施例的弹性体耦合动力学特性实验装置的全部有益技术效果，在此，不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。

Claims (10)

1.一种弹性体耦合动力学特性实验装置，其特征在于，包括传感器组件、驱动机构和剪切弹簧组件；

所述传感器组件与所述弹性体的一端连接，所述驱动机构与所述弹性体的另一端连接并驱动所述弹性体做张弛运动；

所述传感器组件与所述剪切弹簧组件的一侧连接，所述驱动机构与所述剪切弹簧组件的另一侧连接，以向所述剪切弹簧组件施加剪切力；

所述传感器组件用于测量所述弹性体和所述剪切弹簧组件的耦合作用力。

2.根据权利要求1所述的弹性体耦合动力学特性实验装置，其特征在于，还包括导向组件；

所述导向组件包括导向轴、间隔设置的第一支撑板和第二支撑板；所述弹性体安装于所述第一支撑板和所述第二支撑板之间，所述导向轴位于所述弹性体的侧部，所述导向轴贯穿所述第一支撑板和所述第二支撑板，且所述第一支撑板和所述第二支撑板能够相对于所述导向轴沿轴向运动；

所述第一支撑板远离所述弹性体的一侧与所述驱动机构连接，所述第二支撑板远离所述弹性体的一侧与所述传感器组件连接。

3.根据权利要求2所述的弹性体耦合动力学特性实验装置，其特征在于，所述导向轴与所述第一支撑板之间及所述导向轴与所述第二支撑板之间还分别设置有直线轴承。

4.根据权利要求2所述的弹性体耦合动力学特性实验装置，其特征在于，所述传感器组件包括安装座和第一力传感器；

所述安装座位于所述第二支撑板远离所述第一支撑板的一侧，所述第一力传感器安装于所述安装座，所述第二支撑板、所述剪切弹簧组件均与所述第一力传感器的测量端连接。

5.根据权利要求4所述的弹性体耦合动力学特性实验装置，其特征在于，所述传感器组件还包括安装板、第二力传感器和第三力传感器；

所述安装板位于所述安装座和所述第二支撑板之间，所述导向轴能够贯穿所述安装板；所述第一力传感器的测量端与所述安装板连接，所述第二力传感器和所述第三力传感器安装于所述安装板；

所述第二力传感器的测量端与所述第二支撑板连接；所述剪切弹簧组件安装于所述安装板和所述第二支撑板之间，且所述第三力传感器的测量端与所述剪切弹簧组件连接。

6.根据权利要求2所述的弹性体耦合动力学特性实验装置，其特征在于，所述导向组件还包括轴座，所述轴座用于固定所述导向轴。

7.根据权利要求1所述的弹性体耦合动力学特性实验装置，其特征在于，所述剪切弹簧组件包括弹簧主体和两个连接件；

所述连接件包括垂直设置的第一连接部和第二连接部；两个所述连接件的第一连接部的内侧相对，两个所述连接件的第二连接部的内侧相对，且所述弹簧主体安装于所述两个所述连接件的第一连接部之间；

其中一个所述连接件的第二连接部与所述驱动机构连接，另一个所述连接件的第二连接部与所述传感器组件连接。

8.根据权利要求1所述的弹性体耦合动力学特性实验装置，其特征在于，还包括防护罩，所述防护罩安装于所述弹性体的上表面；

所述防护罩包括自上而下设置的直筒部和收缩筒部，所述直筒部与所述收缩筒部的大口端连接，所述收缩筒部的小口端与所述弹性体连接；

所述直筒部由透明挡板围设形成，所述收缩筒部由软质材料围设形成。

9.根据权利要求8所述的弹性体耦合动力学特性实验装置，其特征在于，还包括底座；

所述传感器组件、所述驱动机构和所述剪切弹簧组件均安装于所述底座；

所述防护罩还包括支架，所述支架的底部与所述底座连接，所述直筒部与所述支架的顶部连接。

10.一种实验***，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的弹性体耦合动力学特性实验装置。

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