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专利号: 2022106351275
申请人: 中南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2025-12-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种颗粒物料内聚力测试装置,其特征在于,包括支撑座(12)、试验平台(11)、试样槽(15)、拉伸试验装置和压紧装置;

所述试验平台(11)固定在支撑座(12)上,所述拉伸试验装置设置在试验平台(11)的一端,所述试样槽(15)设置在试验平台(11)上,所述试样槽(15)顶部开口、内部设有放置颗粒物料的圆柱型空间,所述试样槽(15)由沿垂直面切割为两个大小相同的第一半槽(41)和第二半槽(42)构成,所述第一半槽(41)通过紧固螺栓(16)固定在试验平台(11)上,第二半槽(42)通过直线导轨(24)滑动安装在试验平台(11)上,所述第二半槽(42)与拉伸试验装置的拉伸端连接,第一半槽(41)和第二半槽(42)的开口相对布设;

所述压紧装置包括压板(34);所述压板(34)的直径大于试样槽(15)内圆柱型空间内径,且压板(34)的直径与试样槽(15)圆柱型空间内径之差不大于0.01mm。

2.如权利要求1所述的颗粒物料内聚力测试装置,其特征在于,所述压紧装置还包括承重架(32)和加载配重块(31),所述承重架(32)包括顶板和与顶板连接的底板,所述顶板上设有小于压板(34)的通孔,所述通孔内设有旋转手柄(35),所述顶板和底板之间设有压板(34),所述旋转手柄(35)的一端固定在压板(34)的顶部,另一端从顶板顶部伸出,所述压板(34)底部与底板顶部之间的间距大于试验平台(11)底部到试样槽(15)顶部的距离,所述底板的底部中心设有用于安装加载配重块(31)的悬挂杆。

3.如权利要求1所述的颗粒物料内聚力测试装置,其特征在于,所述试样槽(15)圆柱型空间的直径为90~95mm。

4.如权利要求1所述的颗粒物料内聚力测试装置,其特征在于,所述压板(34)的直径大于试样槽(15)内圆柱型空间内径0.005mm。

5.如权利要求1至4任意一项所述的颗粒物料内聚力测试装置,其特征在于,所述压紧装置还包括填充环(33),所述填充环(33)内径与压板(34)的外径相匹配。

6.如权利要求5所述的颗粒物料内聚力测试装置,其特征在于,所述拉伸试验装置包括控制箱(21),控制箱(21)内设置有伺服电机、传动装置、控制器、力传感器和数据采集卡,所述伺服电机通过传动装置与连接杆(22)的一端连接,所述连接杆(22)的另一端通过力传感器与第二半槽(42)连接,通过力传感器可以监测连接杆(22)对第二半槽(42)的拉力和推力。

7.如权利要求6所述的颗粒物料内聚力测试装置,其特征在于,所述传动装置采用高精度丝杠传动装置,所述伺服电机的输出端与丝杠连接,所述丝杠上螺纹连接有滑块,所述滑块通过限位装置限定其仅能沿丝杠方向移动,所述连接杆(22)固定在滑块上与滑块联动。

8.如权利要求7所述的颗粒物料内聚力测试装置,其特征在于,所述丝杠的最低速度不大于3mm/min。

9.一种颗粒物料内聚力测试方法,利用权利要求8所述的测试装置,其特征在于,包括如下步骤:步骤一:将第一半槽置于试验平台上,先通过两个定位销定位,再通过紧固螺栓进行固定;

步骤二:将压板放置在第一半槽上,控制伺服电机动作,通过高精度丝杠传动装置带动第二半槽沿导轨移动,与压板接触,当力传感器检测到相邻两次压力差大于0.04N时,控制伺服电机停止,取出压板,取出压板时可以控制伺服电机反转一圈,取出压板后,然后再控制伺服电机正转一圈回位,取出压板后,力传感器读数标定为0;

步骤三:将填充环放置在试样槽顶部,在试样槽内放入颗粒物料,填充高度高于试样槽的顶部;

步骤四:将压板通过填充环置于试样槽内,并将承重架置于压板上,然后根据试验要求在承重架上添加加载配重块;

步骤五:用旋转手柄往复旋转压板,使得颗粒物料压实;

步骤六:依次取下加载配重块、承重架、压板、旋转手柄和填充环;

步骤七:刮去高于试样槽顶部的多余颗粒物料;

步骤八:设置拉伸试验装置的丝杠旋转速度为3mm/min,启动伺服电机,带动第二半槽做匀速水平直线运动,并采集整个过程中的力传感器测值,输出至计算机中,得出力传感器测得的力N随着时间t的走势变化图;

步骤九:通过力传感器测得的力N随着时间t的走势变化图,读取峰值拉力F

步骤十:计算颗粒物料内聚抗拉强度,根据试样槽内径d和深度h,得出颗粒物料拉伸截面面积为:A=dh,

从而得出在测试的颗粒物料湿度和施加的压实力下,内聚力抗拉强度为σ=F