本發(fā)明涉及摩擦力測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種振動(dòng)條件下承壓顆粒介質(zhì)剪切摩擦力測(cè)試裝置。

背景技術(shù)：

摩擦測(cè)試儀大多是針對(duì)固體材料，在點(diǎn)接觸、線接觸或面接觸條件下對(duì)相關(guān)摩擦學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。顆粒物質(zhì)剪切摩擦力的測(cè)量一般采用直剪儀、環(huán)剪或者三軸剪切等方式，這些試驗(yàn)方法一般均在靜載條件下進(jìn)行，并且直剪儀存在因試樣剪切面在剪切過程中逐漸縮小而造成計(jì)算誤差缺陷。

目前，在振動(dòng)條件下，承壓顆粒物質(zhì)的傳力特性及其剪切摩擦力的檢測(cè)尚未得到有效的試驗(yàn)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種振動(dòng)條件下承壓顆粒介質(zhì)剪切摩擦力測(cè)試裝置，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種振動(dòng)條件下承壓顆粒介質(zhì)剪切摩擦力測(cè)試裝置，包括振動(dòng)剪切裝置和數(shù)據(jù)檢測(cè)分析裝置；所述振動(dòng)剪切裝置包括實(shí)驗(yàn)盒、振動(dòng)裝置、沖頭和側(cè)推裝置；所述數(shù)據(jù)分析裝置包括壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)；

所述實(shí)驗(yàn)盒為凹槽形實(shí)驗(yàn)盒，所述實(shí)驗(yàn)盒頂端設(shè)置有固定盒，所述固定盒中部設(shè)置有通孔，所述實(shí)驗(yàn)盒內(nèi)部盒底設(shè)置有導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌上端設(shè)置有能夠沿所述導(dǎo)軌滑動(dòng)的滑塊，所述滑塊上端固定設(shè)置有剪切盒，所述剪切盒頂端中部設(shè)置有盲孔，所述剪切盒盲孔與所述固定盒通孔相連通，所述剪切盒上表面與所述固定盒下表面間留有小于待測(cè)顆粒直徑的間隙；

所述振動(dòng)裝置外側(cè)設(shè)有一支撐架，所述振動(dòng)裝置底端與所述沖頭一端連接，所述支撐架與所述沖頭以及所述振動(dòng)裝置固定連接，且所述沖頭與所述振動(dòng)裝置之間設(shè)置有緩沖墊；所述沖頭截面形狀與所述固定盒通孔相配合；

所述側(cè)推裝置穿過所述實(shí)驗(yàn)盒并通過所述壓力傳感器與所述滑塊連接，所述壓力傳感器、所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和所述計(jì)算機(jī)依次連接。

可選的，所述沖頭頂端設(shè)置有連接法蘭，所述沖頭頂端的連接法蘭通過一壓環(huán)與所述支撐架固定連接，所述緩沖墊設(shè)置于所述壓環(huán)與支撐架之間，且與所述連接法蘭上下表面接觸。

可選的，所述沖頭截面為圓形，所述剪切盒盲孔為長形孔槽，所述長形孔槽為兩端為半圓中間為矩形的組合形狀，所述沖頭截面直徑與所述長形孔槽兩端半圓直徑相同。

可選的，所述沖頭截面為方形，所述剪切盒盲孔為矩形孔槽，所述沖頭截面邊長與所述矩形孔槽寬度相同。

可選的，所述側(cè)推裝置采用電子推桿，所述電子推桿頂端采用鉸鏈與所述壓力傳感器一端相連接，所述壓力傳感器另一端與所述滑塊通過螺紋相連接。

可選的，所述振動(dòng)裝置采用超聲振動(dòng)器、電磁振動(dòng)器、機(jī)械振動(dòng)器、氣壓或者液壓振動(dòng)器多種振動(dòng)裝置。

可選的，所述壓力傳感器用于將獲得的顆粒介質(zhì)的剪切位移及剪切力輸入到所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)用于記錄和分析顆粒介質(zhì)所受的剪切摩擦力。

可選的，所述導(dǎo)軌與所述實(shí)驗(yàn)盒通過螺栓固定連接。

可選的，所述固定盒通過螺栓固定于所述實(shí)驗(yàn)盒上。

可選的，所述滑塊與所述剪切盒通過螺栓固定連接。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡單，在整個(gè)剪切過程中剪切面積始終與沖頭的底面積保持一致，有利于精確測(cè)定振動(dòng)條件下承壓顆粒介質(zhì)所受的剪切摩擦力，有效解決直剪儀中在剪切過程中試樣剪切面逐漸縮小而造成計(jì)算誤差的缺陷；且本發(fā)明可以將振動(dòng)條件下顆粒介質(zhì)的摩擦特性和非振動(dòng)條件下的摩擦特性進(jìn)行對(duì)比，從而揭示振動(dòng)條件對(duì)顆粒介質(zhì)摩擦特性的影響。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明中振動(dòng)條件下承壓顆粒介質(zhì)剪切摩擦力測(cè)試裝置的正向結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中振動(dòng)條件下承壓顆粒介質(zhì)剪切摩擦力測(cè)試裝置的A-A示意圖；

圖3為圖1中的B-B視圖，即圓形截面沖頭和帶有長形孔槽剪切盒示意圖；

圖4為圖1中的B-B視圖，即方形截面沖頭和帶有矩形孔槽剪切盒示意圖；

圖5為本發(fā)明中實(shí)驗(yàn)盒示意圖；

圖中：1-實(shí)驗(yàn)盒、2-導(dǎo)軌、3-滑塊、4-剪切盒、5-固定盒、6-沖頭、7-壓環(huán)、8-支撐架、9-振動(dòng)裝置、10-緩沖墊、11-顆粒介質(zhì)、12-壓力傳感器、13-側(cè)推裝置。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種振動(dòng)條件下承壓顆粒介質(zhì)剪切摩擦力測(cè)試裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例一、

本實(shí)施例提供一種振動(dòng)條件下承壓顆粒介質(zhì)剪切摩擦力測(cè)試裝置，如圖1-5所示，實(shí)驗(yàn)盒1為凹槽形實(shí)驗(yàn)盒，實(shí)驗(yàn)盒1頂端通過螺栓固定有固定盒5，固定盒5中部設(shè)置有直徑為20mm的圓形通孔，通孔與沖頭6間隙配合，直徑間隙為0.1mm，保證施壓時(shí)顆粒介質(zhì)11不會(huì)從間隙中溢出；實(shí)驗(yàn)盒1內(nèi)部盒底通過螺栓連接固定有一導(dǎo)軌2，導(dǎo)軌2上端設(shè)置有能夠沿導(dǎo)軌2滑動(dòng)的滑塊3，滑塊3上端通過螺栓連接固定有一剪切盒4，剪切盒4頂端中部加工有一寬度為20mm長度為35mm的長形孔槽，槽深20mm的長形孔槽，固定盒5與剪切盒4裝配后，剪切盒4上的長形盲孔與固定盒5圓形通孔相連通，一起構(gòu)成承裝顆粒介質(zhì)11的料倉，剪切盒4上表面與固定盒5下表面間保持有0.1mm的間隙，該間隙可以保證固定盒5與剪切盒4空載條件下相互運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)相互接觸而形成摩擦阻力，而承載時(shí)顆粒介質(zhì)11也不會(huì)卡入縫隙或者從縫隙中溢出；

本發(fā)明中的振動(dòng)裝置9可選擇超聲振動(dòng)器、電磁振動(dòng)器、機(jī)械振動(dòng)器、氣壓或者液壓振動(dòng)器等多種振動(dòng)裝置，振動(dòng)裝置9的設(shè)置使本裝置將振動(dòng)條件下顆粒介質(zhì)的摩擦特性和非振動(dòng)條件下的摩擦特性進(jìn)行對(duì)比，從而揭示振動(dòng)條件對(duì)顆粒介質(zhì)摩擦特性的影響；具體的本實(shí)施例中沖頭6一端采用螺紋與超聲振動(dòng)器的變幅桿相連接，且保證軸向振動(dòng)激勵(lì)有效傳遞至沖頭6下表面，利用壓環(huán)7壓住沖頭6上的連接法蘭，從而將帶有振動(dòng)裝置9的沖頭6固定于支撐架8上，在連接法蘭上下表面設(shè)置有橡膠墊10以保證沖頭6承載后振動(dòng)仍能有效傳遞，沖頭6下端部直接與固定盒5內(nèi)待檢測(cè)的顆粒介質(zhì)11上表面接觸，外載荷F₀垂直作用于支撐架8上表面，從而實(shí)現(xiàn)沖頭對(duì)顆粒介質(zhì)11上表面的法向施壓；本實(shí)施例中沖頭6可采用圓形或者方形截面形式，對(duì)應(yīng)剪切盒上加工為長形孔槽(中間矩形，兩端部為半圓形)或矩形孔槽承裝顆粒介質(zhì)11，這樣的設(shè)置可以使整個(gè)剪切過程中剪切面積始終與沖頭的底面積保持一致，有利于精確測(cè)定振動(dòng)條件下承壓顆粒介質(zhì)所受的剪切摩擦力，有效解決直剪儀中在剪切過程中試樣剪切面逐漸縮小而造成計(jì)算誤差的缺陷；本實(shí)施例中具體的孔槽尺寸滿足如下關(guān)系：圓形截面沖頭6半徑與長形孔槽端部半徑一致，長形孔總長度為1.5～2倍沖頭直徑；方形截面沖頭6邊長與矩形孔槽寬度一致，矩形孔槽長度為其寬度1.5～2倍；

側(cè)推裝置13可采用電子推桿，液壓缸和氣缸等提供，具體的，側(cè)推裝置13采用電子推桿時(shí)，電子推桿頂端采用一鉸鏈與壓力傳感器12一端相連接，從而實(shí)現(xiàn)滑塊3僅承受水平推力，壓力傳感器12另一端與滑塊3通過螺紋相連接，電子推桿施加水平推力實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒介質(zhì)的剪切，將由傳感器獲得的剪切位移及摩擦剪切力輸入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并由計(jì)算機(jī)記錄和分析顆粒介質(zhì)所受的剪切摩擦力，顆粒介質(zhì)所受的剪切摩擦力應(yīng)該為傳感器所得力值減去未裝顆粒介質(zhì)時(shí)滑塊與導(dǎo)軌間的摩擦力。

基于上述實(shí)施例提供的一種振動(dòng)條件下承壓顆粒介質(zhì)剪切摩擦力測(cè)試裝置進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)過程如下：

(1)將測(cè)試裝置各個(gè)零部件裝配完畢后，

將粒徑為0.5mm的不銹鋼球倒入固定盒5與剪切盒4孔槽形成的料倉中，所加顆粒量高出剪切面15mm，此時(shí)料倉內(nèi)顆粒介質(zhì)呈“┗”形狀，即固定盒5通孔與長形孔槽左側(cè)平齊，如圖3所示；然后將裝配有超聲振振動(dòng)器的沖頭垂直作用于顆粒介質(zhì)的上表面；

(2)超聲振動(dòng)器啟動(dòng)，對(duì)沖頭6施加軸向振動(dòng)激勵(lì)；

(3)豎直載荷F₀作用于支撐架上表面，通過沖頭6對(duì)顆粒介質(zhì)11施加法向壓力；

(4)剪切盒4在電子推桿的水平推力作用下勻速運(yùn)動(dòng)對(duì)顆粒實(shí)施剪切，顆粒介質(zhì)11形狀逐漸變化為“┻”形狀，剪切結(jié)束時(shí)，呈現(xiàn)“┛”形狀；

(5)壓力傳感器12將顆粒介質(zhì)11的剪切位移及剪切力輸入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并由計(jì)算機(jī)記錄和分析顆粒介質(zhì)所受的剪切摩擦力，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，可以通過改變豎直載荷的大小、水平剪切的速度、振動(dòng)振幅及頻率來獲得待測(cè)顆粒介質(zhì)振動(dòng)激勵(lì)下的摩擦特性。

本發(fā)明應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。