一种剪切摩擦力测试装置的制作方法

本发明属于材料理化性能测试技术领域，具体涉及一种剪切摩擦力测试装置。

背景技术：

物料在流动过程中，物料之间或物料与容器壁面之间的摩擦力和剪切力对物料的流动性和安全性影响非常大。其中，流动性影响可以指导设备的设计和选型，以及工艺参数的控制；安全性影响主要对物料受剪切摩擦力的安全特性有指导作用，防止发生因为过剪切或过摩擦导致物料性质改变或危险事故发生。

在物料剪切摩擦力测试中，最常用的测试方法为直接测量物料和壁面之间的摩擦力，但也多局限于测试固体物料和壁面之间的摩擦力，而缺乏粉体或颗粒物料摩擦力的测试方法；剪切力测试更是如此，缺乏粉体内部剪切力的测试方法和装置。

目前，剪切摩擦力测试方法主要存在以下问题：(1)现有装置只能测试块状物料和壁面以及块状物料之间的摩擦力，或者测试粉体物料与壁面之间的摩擦力，对于粉体物料内部的剪切力测试缺乏理想手段；(2)现有测试方法多为直线运动方式，测试行程短，误差大，特别是对于安全评价过程中，由于测试时间短，忽略了摩擦生热对安全的叠加影响因素。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种剪切摩擦力测试装置，以解决如何对粉体或颗粒物料剪切摩擦力进行测试的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种剪切摩擦力测试装置，该测试装置包括机架、驱动单元、正应力调节单元、剪切单元和测试单元；其中，机架包括上箱体、下箱体和位于上箱体与下箱体之间的台面，台面与水平面平行；

驱动单元设置在下箱体内，包括高速电机、低速电机、减速器、离合器、超越轴承和转速输出端；其中，高速电机和低速电机平行固定在下箱体上且两个电机轴线均与台面垂直，减速器安装在低速电机输出轴上，离合器安装在减速器输出端，超越轴承安装在离合器输出端，转速输出端安装在超越轴承输出端，低速电机、减速器、离合器、超越轴承和转速输出端轴线重合，高速电机输出轴与超越轴承通过皮带轮连接，转速输出端伸出到台面以上；

正应力调节单元设置在上箱体内，包括横梁、杠杆、平衡块、拉杆、垂直导轮和砝码盘；其中，横梁与台面平行，横梁通过支持部固定在台面上，杠杆通过支撑点安装在横梁上且可绕支撑点自由转动，平衡块安装在杠杆上且可在杠杆上自由滑动并通过螺钉固定在杠杆上，拉杆上端固定在杠杆上，下端与砝码盘连接，砝码盘下端设置有应力作用杆，垂直导轮安装在横梁的顶端用于保证拉杆始终处于垂直位置；

剪切单元设置在上箱体内，包括上盘和底盘；其中，上盘安装有辅助梁，辅助梁与应力作用杆连接，底盘与转速输出端相连，能够随转速输出端进行转动，底盘和上盘同轴且轴线均与台面垂直；辅助梁两端安装有定位轮，定位轮外侧设置有用于限制定位轮径向运动的定位杆，定位杆安装在台面上且轴线与台面垂直，定位轮能够沿着定位杆上下滚动；

测试单元设置在上箱体内，包括多个远传杆和多个力传感器；其中，远传杆的一端安装在辅助梁外端，另一端与力传感器连接。

进一步地，正应力调节单元中的拉杆为柔性钢丝。

进一步地，正应力调节单元中的拉杆分为两段，两段中间加设拉力传感器。

进一步地，剪切单元中的上盘直径比底盘小。

进一步地，剪切单元中的上盘和底盘在靠近物料的一侧设置有固料梁，固料梁用于防止物料和上盘或底盘之间打滑。

进一步地，测试单元中的力传感器固定在传感器支座上。

进一步地，测试单元中的远传杆通过自由铰链或可转动轴承与辅助梁和力传感器连接。

(三)有益效果

本发明提出一种剪切摩擦力测试装置，包括机架、驱动单元、正应力调节单元、剪切单元和测试单元。其中，驱动单元带动剪切单元中的底盘旋转，底盘通过内部测试物料的摩擦和剪切作用带动剪切单元中的上盘转动，上盘的转动趋势施加到测试单元中的力传感器上，进而可以通过计算获得内部物料所受的摩擦力或剪切力，且可以通过正应力调节单元调节不同正应力测试条件。与现有技术相比，本发明的优点是：能够用于粉体、颗粒物、固体块状物剪切力和摩擦力的测试；可实现长行程测试，保证数据的稳定性；可实现长时域测试，获得摩擦生热量。本发明可实现不同速度条件下物料摩擦力和剪切力的测试，用于指导工业设备设计和工艺安全评价。

附图说明

图1为本发明实施例剪切摩擦力测试装置的组装结构示意图；

图2为本发明实施例剪切摩擦力测试装置的剖视结构示意图；

图3为本发明实施例中正应力调节单元示意图；

图4为本发明实施例中上盘示意图；

图5为本发明实施例中上盘及其周围结构关系示意图；

图6为本发明实施例中底盘结构示意图；

图7为本发明实施例中测试单元结构示意图。

图中：1.机架，2.驱动单元，3.正应力调节单元，4.剪切单元，5.测试单元，6.定位杆，11.下箱体，12.台面，13.上箱体，21.高速电机，22.低速电机，23.减速器，24.离合器，25.超越轴承，26.转速输出端，31.横梁，32.杠杆，33.平衡块，34.拉杆，35.垂直导轮，36.砝码盘，361.应力作用杆，41.上盘，42.底盘，43.固料梁，51.辅助梁，52.定位轮，53.远传杆，54.力传感器，55.传感器支座。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例提出一种剪切摩擦力测试装置，如图1～7所示，包括机架1、驱动单元2、正应力调节单元3、剪切单元4和测试单元5。

机架1包括下箱体11、台面12和上箱体13。其中，台面12与水平面平行。

如图2所示，驱动单元2由高速电机21、低速电机22、减速器23、离合器24、超越轴承25和转速输出端26组成。其中，高速电机21和低速电机22固定在机架1上且两个电机轴线均与台面12垂直，减速器23安装在低速电机22输出轴上，离合器24安装在减速器23输出端，超越轴承25安装在离合器24输出端，转速输出端26安装在超越轴承25输出端，且低速电机22、减速器23、离合器24、超越轴承25和转速输出端26轴线重合，高速电机21安装在与低速电机22平行的位置，且高速电机21输出轴与超越轴承25通过皮带轮连接，整个驱动单元2设置在下箱体11内，转速输出端26伸出到台面12上。本装置使用高速电机21和低速电机22两个电机是为了能够在宽转速范围内使用该装置，该装置的有效转速可达0.01rpm-200rpm，在此范围内任意调节。

如图3所示，正应力调节单元3由横梁31、杠杆32、平衡块33、拉杆34、垂直导轮35、砝码盘36组成。其中，横梁31通过支持部固定在台面12上，横梁31与台面12平行，杠杆32通过支撑点321安装在横梁31上，杠杆32可绕支撑点321自由转动。自由转动指的是在一定角度内转动的阻力非常小，但转动角度由于横梁31的限制而很小，一般为20°以内。平衡块33安装在杠杆32上且可以在杠杆32上自由滑动，平衡块33上设置有螺钉，可以通过螺钉将其固定在杠杆32上，拉杆34一端固定在杠杆32上，另一端固定在砝码盘36上，砝码盘36下端设置有应力作用杆361，垂直导轮35安装在横梁31的顶端用于保证拉杆34始终处于垂直位置。为了使拉杆34更好地保持铅垂状态，而不因为杠杆32的旋转发生偏移，正应力调节单元3中的拉杆34优选为柔性钢丝。如果需要正应力实时测试，可以将正应力调节单元3中的拉杆34分为两段，两段中间加设拉力传感器54。

剪切单元4包括上盘41和底盘42。其中，如图4所示，上盘41上安装有辅助梁51，辅助梁51与应力作用杆361连接，底盘42与转速输出端26相连，底盘42随转速输出端26转动而转动，底盘42和上盘41同轴且其轴线均与台面12垂直。为了发生相对转动时两个盘不发生摩擦碰撞，上盘41直径比底盘42小。

如图5所示，辅助梁51两端安装有两个定位轮52，紧挨两个定位轮52的位置设置有两个定位杆6，用于限制定位轮52的径向运动。定位杆6安装在台面12上且其轴线与台面12垂直，定位轮52可沿着定位杆6做上下滚动。在用于粉体测试时，如图6所示，上盘41和底盘42靠近物料的一侧设置有固料梁43，固料梁43用于防止物料和上盘41或底盘42之间打滑。

如图7所示，测试单元5包括两个远传杆53和两个力传感器54，远传杆53的一端安装在辅助梁51外端，远传杆53的另一端与力传感器54连接，力传感器54固定在传感器支座55上。本装置中，远传杆53与辅助梁51外端采用自由铰链或可转动轴承连接，远传杆53另一端与力传感器54连接采用自由铰链或可转动轴承连接。

本实施例的剪切摩擦力测试装置中，剪切单元4和测试单元5设置在上箱体13内。工作时，上盘41和底盘42之间加载被测物料，通过调节平衡块33和砝码盘36内的砝码来对上盘41施加所需正应力，驱动单元2通过转速输出端26带动底盘42旋转，由于被测物料的摩擦作用，底盘42有带动上盘41旋转的趋势，安装在上盘41上的辅助梁51将旋转产生的作用力通过远传杆53作用在力传感器54上，通过计算可以获得被测物料的剪切力或摩擦力。

本实施例的剪切摩擦力测试装置，尤其是在对剪切单元4上更换部件后，可以适用于粉体物料、颗粒物料、块状物料的剪切力和摩擦力测试。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。