专利名称：一种颗粒表面摩擦系数的测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种颗粒表面摩擦系数的测量装置，特别涉及一种球形颗粒表面
摩擦系数的测量装置，属于测量技术领域。
背景技术：
颗粒物质是介于流体和固体之间的离散态复杂体系，具有复杂的非线性动力学行 为，已成为当前极具挑战性的研究前沿和热点。颗粒系统无论在静态还是动态其行为都强 烈地依赖于颗粒间的力学相互作用，尤其是摩擦力的作用。由于颗粒间的摩擦是一个很复 杂的问题，到目前为止国内外的研究者们对于颗粒行为中摩擦力的作用特别是对动态行为 的影响研究较少。因此，从实验上定量观测摩擦力在颗粒物质的混合相与分离相转变过程 中的作用，不仅对于从基础理论上揭示颗粒体系的特性具有重要的学术价值，而且在工农 业等领域具有广泛的应用前景。这一研究的基础性工作首先就是要测量颗粒的表面摩擦系 数，但是到目前为止，国内外还没有一套现成的能测量各种颗粒(尤其是直径小于10mm的 颗粒)表面摩擦系数的仪器设备。因此，科研工作的需要产生了对颗粒表面摩擦系数测量 的技术需求。同时，还要求测量过程方便、快捷与准确。
发明内容本实用新型的目的是为了解决现有技术中没有能测量直径小于10mm的颗粒表面
摩擦系数的装置的问题，提出一种颗粒表面摩擦系数的测量装置。 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。 本实用新型的一种颗粒表面摩擦系数的测量装置，该装置包括水平连杆A、水平连 杆B、水平连杆C、正压力传感器A、正压力传感器B、正压力传感器C、正压力调节螺钉A、正 压力调节螺钉B、正压力调节螺钉C、竖直连杆、支架、传动轴支架、传动轴、滑轮、摩擦力传 感器、电路系统、计算机、待测颗粒A、待测颗粒B、待测颗粒C和待测颗粒D，其中支架包括一 个固定环、支撑柱A、支撑柱B、支撑柱C和底座，支撑柱A上固定连接有一个辅助支撑杆A、 支撑柱B上固定连接有一个辅助支撑杆B、支撑柱C上固定连接有一个辅助支撑杆C ;其连 接关系为固定环通过支撑柱A、支撑柱B、支撑柱C固定在底座上，辅助支撑杆A、辅助支撑 杆B和辅助支撑杆C与传动轴支架固定连接，用于将传动轴支架与支架固定在一起；正压力 传感器A、正压力传感器B、正压力传感器B通过螺纹固定在固定环上；滑轮和传动轴紧固连 接，摩擦力传感器固定在底座上；水平连杆A、水平连杆B和水平连杆C在同一水平面内，且 三个水平连杆之间互成120度角，竖直连杆与三个水平连杆所在的水平面垂直；竖直连杆 的一端与传动轴同轴固定连接，传动轴通过轴承固定在传动轴支架的内部；水平连杆A的 一端与正压力传感器A弹性连接，水平连杆B的一端与正压力传感器B弹性连接，水平连杆 C的一端与正压力传感器C弹性连接，正压力传感器A与正压力调节螺钉A通过螺纹固定连 接，正压力传感器B与正压力调节螺钉B通过螺纹固定连接，正压力传感器C与正压力调节 螺钉C通过螺纹固定连接，水平连杆A的另一端粘贴待测颗粒A，水平连杆B的另一端粘贴
3待测颗粒B，水平连杆C的另一端粘贴待测颗粒C，竖直连杆的另一端粘贴待测颗粒D，待测 颗粒A的球心、待测颗粒B的球心、待测颗粒C的球心和待测颗粒D的球心位于一个水平面 内；水平连杆A、正压力传感器A及调节螺钉A位于同一直线上，水平连杆B、正压力传感器 B及调节螺钉B位于同一直线上，水平连杆C、正压力传感器C及调节螺钉C位于同一直线 上；待测颗粒A、待测颗粒B和待测颗粒C从互成120度角的方向挤压待测颗粒D ;滑轮与传 动轴紧固连接并在传动轴的下方，滑轮与摩擦力传感器通过细线相连；正压力传感器A、正 压力传感器B、正压力传感器C和摩擦力传感器通过数据线与电路系统相连，电路系统通过 数据线与计算机相连；电路系统负责采集并处理从正压力传感器A、正压力传感器B、正压 力传感器C和摩擦力传感器输出的数据，并将这些数据传送给计算机，计算机中的数据处 理软件对接收到的数据进行处理，得到待测颗粒表面的摩擦系数。
工作过程 在水平连杆A、水平连杆B、水平连杆C和竖直连杆的一端各粘贴一个待测颗粒，通 过调整，使四个颗粒位于同一水平面内，并且让水平连杆A、水平连杆B和水平连杆C的顶端 从互为120度角的方向挤压竖直连杆顶端的待测颗粒；调整正压力调节螺钉A、正压力调节 螺钉B和正压力调节螺钉C并观测正压力传感器A、正压力传感器B和正压力传感器C的输 出值使水平连杆A、水平连杆B和水平连杆C 一端的待测颗粒对竖直连杆一端的待测颗粒 的正压力相同；用一根细线通过一个轻质弹簧牵引传动轴下方的滑轮，细线上的张力通过 摩擦力传感器进行实时测量；在细线上的张力由小变大的过程中，待测颗粒间的静摩擦力 矩也在逐渐增大；当颗粒间出现滑动前的一瞬间，静摩擦力矩达到最大，再根据颗粒间的正 压力值，可计算出颗粒间的最大静摩擦系数；如果用一个恒定力矩牵引滑轮让其连续转动； 根据此时的张力矩和颗粒间的正压力可计算出颗粒间的滑动摩擦系数。 有益效果 本实用新型可测定颗粒表面的最大静摩擦系数和滑动摩擦系数，尤其是可测量直 径小于10mm的颗粒表面的最大静摩擦系数和滑动摩擦系数；本实用新型的操作简单、方 便，测量过程快捷、准确。
图1为本实用新型的结构示意图； 其中，1-水平连杆A、2-水平连杆B、3-水平连杆C、4-正压力传感器A、5-正压力 传感器B、6-正压力传感器C、7-正压力调节螺钉A、8-正压力调节螺钉B、9-正压力调节 螺钉C、 10-竖直连杆、11-支架、12-传动轴支架、13-传动轴、14-滑轮、15-摩擦力传感器、 16-电路系统、17-计算机、18-待测颗粒A、19-待测颗粒B、20-待测颗粒C、21_待测颗粒 D、22-固定环、23-支撑柱A、24-支撑柱B、25_支撑柱C、26_底座、27_辅助支撑杆A、28-辅 助支撑杆B、29-辅助支撑杆C29。
具体实施方式实施例 本实用新型的一种颗粒表面摩擦系数的测量装置，如图1所示，该装置包括水平 连杆A1、水平连杆B2、水平连杆C3、正压力传感器A4、正压力传感器B5、正压力传感器C6、正压力调节螺钉A7、正压力调节螺钉B8、正压力调节螺钉C9、竖直连杆10、支架11、传动 轴支架12、传动轴13、滑轮14、摩擦力传感器15、电路系统16、计算机17、氧化铝球形颗粒 A18、氧化铝球形颗粒B19、氧化铝球形颗粒C20和氧化铝球形颗粒D21，其中氧化铝球形颗 粒的直径都为5mm，支架ll包括一个固定环22、支撑柱A23、支撑柱B24、支撑柱C25和底座 26，支撑柱A23上固定连接有一个辅助支撑杆A27、支撑柱B24上固定连接有一个辅助支撑 杆B28、支撑柱C25上固定连接有一个辅助支撑杆C29 ;其连接关系为固定环22通过支撑 柱A23、支撑柱B24、支撑柱C25固定在底座26上，辅助支撑杆A27、辅助支撑杆B28和辅助 支撑杆C29与传动轴支架12固定连接，用于将传动轴支架12与支架11固定在一起；正压 力传感器A4、正压力传感器B5、正压力传感器B6通过螺纹固定在固定环22上；滑轮14和 传动轴13紧固连接，摩擦力传感器15固定在底座上；水平连杆A1、水平连杆B2和水平连 杆C3在同一水平面内，且三个水平连杆之间互成120度角，竖直连杆10与三个水平连杆所 在的水平面垂直；竖直连杆10的一端与传动轴13同轴固定连接，传动轴13通过轴承固定 在传动轴支架12的内部；水平连杆A1的一端与正压力传感器A4弹性连接，水平连杆B2的 一端与正压力传感器B5弹性连接，水平连杆C3的一端与正压力传感器C6弹性连接，正压 力传感器A4与正压力调节螺钉A7通过螺纹固定连接，正压力传感器B5与正压力调节螺钉 B8通过螺纹固定连接，正压力传感器C6与正压力调节螺钉C9通过螺纹固定连接，水平连杆 Al的另一端粘贴氧化铝球形颗粒A18，水平连杆B2的另一端粘贴氧化铝球形颗粒B19，水平 连杆C3的另一端粘贴氧化铝球形颗粒C20，竖直连杆4的另一端粘贴氧化铝球形颗粒D21， 氧化铝球形颗粒A18的球心、氧化铝球形颗粒B19的球心、氧化铝球形颗粒C20的球心和氧 化铝球形颗粒D21的球心位于一个水平面内；水平连杆A1、正压力传感器A4及调节螺钉A7 位于同一直线上，水平连杆B2、正压力传感器B5及调节螺钉B8位于同一直线上，水平连杆 C3、正压力传感器C6及调节螺钉C9位于同一直线上；氧化铝球形颗粒A18、氧化铝球形颗 粒B19和氧化铝球形颗粒C20从互成120度角的方向挤压氧化铝球形颗粒D21 ;滑轮14与 传动轴13紧固连接并在传动轴13的下方，滑轮14与摩擦力传感器15通过细线相连；正压 力传感器A4、正压力传感器B5、正压力传感器C6和摩擦力传感器15通过数据线与电路系 统16相连，电路系统16通过数据线与计算机17相连；电路系统16负责采集并处理从正压 力传感器A4、正压力传感器B5、正压力传感器C6和摩擦力传感器15输出的数据，并将这些 数据传送给计算机17，计算机17中的数据处理软件对接收到的数据进行处理，得到氧化铝 球形颗粒表面的摩擦系数。 工作过程 在水平连杆A、水平连杆B、水平连杆C和竖直连杆的一端各粘贴一个氧化铝球形 颗粒，通过调整，使四个颗粒位于同一水平面内，并且让水平连杆A、水平连杆B和水平连杆 C的顶端从互为120度角的方向挤压竖直连杆顶端的氧化铝球形颗粒；调整正压力调节螺 钉A、正压力调节螺钉B和正压力调节螺钉C并观测正压力传感器A、正压力传感器B和正压 力传感器C的输出值使水平连杆A、水平连杆B和水平连杆C 一端的氧化铝球形颗粒对竖直 连杆一端的氧化铝球形颗粒的正压力相同，此时的正压力都为4. 50N;用一根细线通过一 个轻质弹簧牵引传动轴下方的滑轮，细线上的张力通过摩擦力传感器进行实时测量；在细 线上的张力由小变大的过程中，氧化铝球形颗粒间的静摩擦力矩也在逐渐增大；当氧化铝 球形颗粒间出现滑动前的一瞬间，静摩擦力达到最大值为1. 58N，再根据氧化铝球形颗粒间的正压力值4. 50N，计算出氧化铝球形颗粒间的最大静摩擦系数为0. 351 ;用一个恒定力牵 引滑轮让其连续转动；根据恒定力和氧化铝球形颗粒间的正压力4. 50N，计算出氧化铝球 形颗粒间的滑动摩擦力为1. 40N，从而计算出氧化铝球形颗粒间的滑动摩擦系数为0. 311。
权利要求一种颗粒表面摩擦系数的测量装置，该装置包括水平连杆A(1)、水平连杆B(2)、水平连杆C(3)、正压力传感器A(4)、正压力传感器B(5)、正压力传感器C(6)、正压力调节螺钉A(7)、正压力调节螺钉B(8)、正压力调节螺钉C(9)、竖直连杆(10)、支架(11)、传动轴支架(12)、传动轴(13)、滑轮(14)、摩擦力传感器(15)、电路系统(16)、计算机(17)、待测颗粒A(18)、待测颗粒B(19)、待测颗粒C(20)和待测颗粒D(21)，其中支架(11)包括一个固定环(22)、支撑柱A(23)、支撑柱B(24)、支撑柱C(25)和底座(26)，支撑柱A(23)上固定连接有辅助支撑杆A(27)、支撑柱B(24)上固定连接有辅助支撑杆B(28)、支撑柱C(25)上固定连接有辅助支撑杆C(29)；其特征在于固定环(22)通过支撑柱A(23)、支撑柱B(24)、支撑柱C(25)固定在底座(26)上，辅助支撑杆A(27)、辅助支撑杆B(28)和辅助支撑杆C(29)与传动轴支架(12)固定连接用于将传动轴支架(12)与支架(11)固定在一起；正压力传感器A(4)、正压力传感器B(5)、正压力传感器B(6)通过螺纹固定在固定环22上；滑轮14和传动轴(13)紧固连接，摩擦力传感器(15)固定在底座上；水平连杆A(1)、水平连杆B(2)和水平连杆C(3)通过螺钉固定在固定环(22)上，滑轮(14)和摩擦力传感器(15)在底座上；水平连杆A(1)、水平连杆B(2)和水平连杆C(3)在同一水平面内，竖直连杆(10)与三个水平连杆所在的水平面垂直；竖直连杆(10)的一端与传动轴(13)同轴固定连接，传动轴(13)通过轴承固定在传动轴支架(12)的内部；水平连杆A(1)的一端与正压力传感器A(4)弹性连接，水平连杆B(2)的一端与正压力传感器B(5)弹性连接，水平连杆C(3)的一端与正压力传感器C(6)弹性连接，正压力传感器A(4)与正压力调节螺钉A(7)固定连接，正压力传感器B(5)与正压力调节螺钉B(8)固定连接，正压力传感器C(6)与正压力调节螺钉C(9)固定连接，水平连杆A(1)的另一端粘贴待测颗粒A(18)，水平连杆B(2)的另一端粘贴待测颗粒B(19)，水平连杆C(3)的另一端粘贴待测颗粒C(20)，竖直连杆4的另一端粘贴待测颗粒D(21)，待测颗粒A(18)的球心、待测颗粒B(19)的球心、待测颗粒C(20)的球心和待测颗粒D(21)的球心位于一个水平面内；水平连杆A(1)、正压力传感器A(4)及调节螺钉A7位于同一直线上，水平连杆B(2)、正压力传感器B(5)及调节螺钉B8位于同一直线上，水平连杆C(3)、正压力传感器C(6)及调节螺钉C9位于同一直线上；待测颗粒A(18)、待测颗粒B(19)和待测颗粒C(20)挤压待测颗粒D(21)；滑轮(14)与传动轴(13)紧固连接并在传动轴(13)的下方，滑轮(14)与摩擦力传感器(15)通过细线相连；正压力传感器A(4)、正压力传感器B(5)、正压力传感器C(6)和摩擦力传感器(15)通过数据线与电路系统(16)相连，电路系统(16)通过数据线与计算机(17)相连；电路系统(16)负责采集并处理从正压力传感器A(4)、正压力传感器B(5)、正压力传感器C(6)和摩擦力传感器(15)输出的数据，并将这些数据传送给计算机(17)，计算机(17)中的数据处理软件对接收到得数据进行处理，得到待测颗粒表面的摩擦系数。
2. 根据权利要求1所示的一种颗粒表面摩擦系数的测量装置，其特征在于水平连杆A(1)、水平连杆B(2)和水平连杆C(3)之间互成120度角。
3. 根据权利要求1所示的一种颗粒表面摩擦系数的测量装置，其特征在于待测颗粒A(18)、待测颗粒B(19)和待测颗粒C(20)从互成120度角的方向挤压待测颗粒D(21)。
专利摘要本实用新型涉及一种颗粒表面摩擦系数的测量装置，特别涉及一种球形颗粒表面摩擦系数的测量装置，属于测量技术领域。该装置包括水平连杆、正压力传感器、正压力调节螺钉、竖直连杆、支架、传动轴支架、传动轴、滑轮、摩擦力传感器、电路系统、计算机和待测颗粒，竖直连杆与水平连杆所在的水平面垂直；竖直连杆与传动轴固定连接，水平连杆的一端与正压力传感器弹性连接，另一端粘贴待测颗粒，待测颗粒的球心位于同一个水平面内；滑轮与摩擦力传感器通过细线相连。本实用新型可测定颗粒表面的最大静摩擦系数和滑动摩擦系数，尤其是可测量直径小于10mm的颗粒表面的最大静摩擦系数和滑动摩擦系数；本实用新型的操作简单、方便，测量过程快捷、准确。
文档编号G01N19/02GK201527393SQ20092024688
公开日2010年7月14日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者史庆藩, 孙刚, 鲁长宏 申请人:北京理工大学