一种物料休止角形成方法及物料休止角测量仪

1.本发明属于测量仪器技术领域，具体涉及一种物料休止角形成方法及物料休止角测量仪。


背景技术：

2.自然休止角，也称为安息角，是指在重力场中，物料在重力和自身摩擦系数的作用下形成的堆积体中自由表面处于平衡的极限状态时自由表面与水平面之间的角度。休止角是颗粒类物料最重要的物理特性之一，综合反映了颗粒流动性、表面光滑程度、硬度等特性。在研究材料、建筑、水利、农业、医药等领域的物料特性有着广泛的应用。
3.现有技术中测定休止角的方法有经典漏斗法、圆盘提升法和抽板法。经典漏斗法指的是将粉体从漏斗上方慢慢加入，从漏斗底部漏出的物料在水平面上形成圆锥状堆积体，再进行休止角的测量。圆盘提升法指的是将一定直径圆盘埋于物料之中，缓慢提升圆盘离开物料槽，在圆盘上形成圆锥状的堆积角。抽板法指的是将物料充满一长方体透明容器中，然后迅速打开容器其中一侧板使物料自由流出形成倾斜角。
4.目前测定休止角的方法均存在一些弊端，经典漏斗法在测量过程中物料颗粒的直径大小和物料下落的冲击作用力对物料休止角的形成存在着无法避免的干扰，且受限于漏斗孔径，通用性较差。圆盘提升法在提升过程中圆盘的运动会影响物料休止角的形成，且提升速度不均匀对休止角测量结果影响较大。抽板法在测量过程中，休止角除了受物料重力和内摩擦力作用外，还受到容器侧壁摩擦力的限制，后者直接影响了休止角的测量精度。而且，目前的测量方法在测量过程中均为手动操作，测量效率较低，且操作速度大小、速度不均匀均会对测量结果造成影响。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种物料休止角形成方法，以解决现有技术的测量方法测量结果误差较大的技术问题；还提供一种物料休止角测量仪，以解决上述技术问题。
6.为实现上述目的，本发明所提供的物料休止角形成方法的技术方案是：一种物料休止角形成方法，包括以下步骤：步骤一：保持物料堆积平台固定布置且处于水平状态，驱动物料槽上行至套在物料堆积平台外部的位置，向物料槽内填充物料并使物料堆积平台埋于物料中；步骤二：驱动物料槽下行并在物料堆积平台上形成圆锥堆积体，圆锥堆积体的自由表面与水平面之间的夹角即为物料休止角。
7.有益效果：物料堆积平台固定不动，物料槽匀速缓慢下降，物料颗粒在受到重力和内摩擦力的作用下从物料堆积平台上自由下落，未下落且处于稳定状态的物料颗粒在物料堆积平台上形成圆锥堆积体，之后进行测量出物料的休止角。在休止角的形成过程中，物料颗粒仅受重力和摩擦力的作用，不受其他外力作用，形成的休止角更能反映出物料本身的特性，减少了测量误差。
8.本发明所提供的物料休止角测量仪的技术方案是：一种物料休止角测量仪，包括：基座，包括立柱和设于立柱顶部的横支架，横支架的底部固定有悬挂支柱；物料堆积平台，固设于悬挂支柱上，物料堆积平台水平布置，物料堆积平台为圆形盘体，悬挂支柱设于物料堆积平台的中心位置；升降装置，设于基座上，具有升降的伸缩端；物料槽，与物料堆积平台上下对应，固设于伸缩端上，物料槽的槽口朝上布置，物料槽用于套在所述物料堆积平台的外部；所述升降装置用于驱动物料槽上升并套在所述物料堆积平台的外部，以向物料槽中填充物料并使物料堆积平台埋于物料中；所述升降装置还用于驱动物料槽下降以在物料堆积平台上形成圆锥堆积体。
9.有益效果：测量过程中，物料堆积平台固定不动，物料槽在升降装置的驱动下匀速缓慢下降，物料颗粒在受到重力和内摩擦力的作用下从物料堆积平台上自由下落，未下落且处于稳定状态的物料颗粒在物料堆积平台上形成圆锥堆积体，之后进行测量出物料的休止角。在休止角的形成过程中，物料颗粒仅受重力和摩擦力的作用，不受其他外力作用，形成的休止角更能反映出物料本身的特性，减少了测量误差。本发明中物料槽被升降装置驱动，能够以较低的速度匀速升降，减少了人工测量操作过程中操作速度不均匀对休止角测量所产生的误差，提高了测量效率和测量的精度。
10.优选地，所述基座包括底板和位于底板上方的顶板，所述顶板与底板之间设有至少两根支撑柱；所述升降装置固设于底板上，所述顶板用于向下压紧升降装置，升降装置的所述伸缩端由所述顶板中向上贯穿。底板和顶板对升降装置形成了上下双支撑，保证物料槽的低速平稳升降。
11.优选地，所述升降装置的伸缩端上设有物料槽托盘，所述物料槽托盘上端有安装槽，所述物料槽分体固设于安装槽中。物料槽分体安装在物料槽托盘上，能够实现分体组装，且易于更换物料槽。
12.优选地，所述物料槽托盘底部设有连接套，所述伸缩端穿入所述连接套中，且连接套、伸缩端之间穿装有销轴。销轴实现了物料槽托盘、伸缩端之间的可拆相连，方便组装和后期的拆卸。
13.优选地，所述悬挂支柱处设有水平仪。悬挂支柱处的水平仪能够实时查看物料堆积平台的水平状态，提高测量结果的精度。
14.优选地，所述悬挂支柱与横支架之间设有连接部件，所述连接部件的上端固设于横支架上，连接部件的下端与所述悬挂支柱螺纹相连，所述连接部件、悬挂支柱之间压装有水平仪安装板，所述水平仪安装板与所述物料堆积平台相互平行，所述水平仪设于水平仪安装板上。水平仪安装板夹装在连接部件与悬挂支柱之间，组装方便。
15.优选地，所述连接部件包括与所述横支架相连的上连接件，还包括与悬挂支柱相连的下连接件，上连接件和下连接件之间插套装配在一起，且上连接件、下连接件之间穿装有销轴。上、下连接件穿装有销轴，实现了上、下连接件的可拆相连，拆装均较为方便。
16.优选地，所述悬挂支柱上设有刻度线。设置刻度线之后，在物料堆积平台上形成圆锥堆积体之后，能够直接读取堆积高度，再根据已知的物料堆积平台的直径，能够直接计算
得出休止角，测量和计算较为方便，不需要另外增加其他的测量结构。
17.优选地，所述基座底部设有至少三个可调地脚螺栓，以保证物料堆积平台处于水平状态。通过至少三个可调地脚螺栓能够进行调平，保证物料堆积平台在测量过程中始终处于水平状态。
附图说明
18.图1为本发明所提供的物料休止角测量仪的主视图；图2为本发明所提供的物料休止角测量仪的右视图；图3为本发明所提供的物料休止角测量仪的俯视图；图4为本发明所提供的物料休止角测量仪的立体图；图5为本发明所提供的物料休止角测量仪中下连接件、物料堆积平台处的分解示意图；附图标记说明：1、可调地脚螺栓；2、底板；3、支撑柱；4、顶板；5、物料槽托盘；6、物料槽；7、物料堆积平台；8、悬挂支柱；9、水平仪安装板；10、立柱；11、横支架；12、上连接件；13、下连接件；14、气泡水平仪；15、升降装置；16、螺钉；α、休止角；s、升降装置行程。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
20.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。
22.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“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；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置
并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
25.本发明所提供的物料休止角测量仪的具体实施例：如图1至图5所示，物料休止角测量仪用来形成圆锥堆积体，并对堆积体的休止角α进行测量。物料休止角测量仪（以下简称为测量仪）主要包括基座、物料堆积平台7、升降装置15和物料槽6。
26.如图1至图4所示，基座包括底板2，底板2为圆形板体，底板2的底部安装有三个可调地脚螺栓1，三个可调地脚螺栓1周向均布，通过调节可调地脚螺栓1能够保证物料堆积平台7处于水平状态。底板2顶面中间固定安装有升降装置15，此处的升降装置15为电动推杆，电动推杆固定在底板2上，具体通过螺栓进行固定，电动推杆的杆体向上延伸而形成能够上下伸缩的伸缩端。在底板2的顶面边缘位置固定有三个支撑柱3，支撑柱3周向均布，支撑柱3的顶部固定安装有顶板4，具体通过螺栓进行安装。顶板4能够将电动推杆压紧在底板2上，通过底板2和顶板4对升降装置15进行上下双支撑，而伸缩端则由顶板4中向上穿出。通过对升降装置15进行上下双支撑，能够保证与升降装置15相连的物料槽6低速平稳升降。
27.升降装置15的伸缩端上安装有物料槽托盘5，具体地，物料槽托盘5与伸缩端之间通过销轴（具体可以为圆柱销）实现可拆相连，具体地，在物料槽托盘5的底部设有连接套，伸缩端插入连接套内，并用销轴贯穿实现装配。如图1、图2和图4所示，物料槽托盘5的顶面有安装槽，安装槽内放置有物料槽6，在安装槽的槽壁上装配有紧定螺栓，通过紧定螺栓将物料槽6固定安装在物料槽托盘5上，使得物料槽6可以随升降装置15进行升降。其中，物料槽6实际为开口朝上的筒形结构，其内径大于物料堆积平台7的外径，使得物料槽6可以套在物料堆积平台7的外部。
28.如图1、图2、图4和图5所示，基座还包括固定在底板2上的立柱10，此处的立柱10为方杆，在立柱10的顶部通过螺栓安装有横支架11，横支架11水平延伸而形成悬臂。物料堆积平台7固定安装在横支架11的悬伸一端，具体地，在横支架11的悬伸一端固定安装有连接部件，此处的连接部件包括固定在横支架11上的上连接件12，上连接件12具体可以用焊接、螺栓连接等方式与横支架11相连，下连接件13连接在上连接件12上，具体地，两者相互插装并通过销轴（具体可以为圆柱销）进行固定。在下连接件13上固定有悬挂支柱8，具体地，下连接件13的下端有外螺纹段，悬挂支柱8的顶面上有内螺纹段，下连接件13旋入悬挂支柱8中，实现相连。物料堆积平台7固定在悬挂支柱8上，悬挂支柱8位于物料堆积平台7的中心位置，如图5所示，物料堆积平台7通过螺钉16固定在悬挂支柱8上。
29.在下连接件13与悬挂支柱8之间压紧有水平仪安装板9，水平仪安装板9上固定有气泡水平仪14，由于上连接件12、下连接件13、悬挂支柱8均上下延伸，物料堆积平台7与水平仪安装板9相互平行，通过观察气泡水平仪14来确定物料堆积平台7是否处于水平状态。而物料堆积平台7与物料槽6上下对应，物料堆积平台7能够进入物料槽6中。
30.实际上，物料休止角测量仪还包括控制系统，控制系统能够控制升降装置15自动升降。
31.其中，悬挂支柱8上有刻度，能够直接读取数值，而物料堆积平台7为圆形盘体。
32.使用时，将物料堆积平台7进行固定，调节可调地脚螺栓1，保证气泡位于气泡水平
仪14的中央，升降装置15伸至最长时（升降装置15的升降装置行程为s），物料堆积平台7位于物料槽6中，将物料颗粒充满物料槽6中，然后升降装置15带动物料槽6均匀缓慢下降，在此过程中，部分物料颗粒受重力和内摩擦力的作用从物料堆积平台7上自由下落，未下落且处于稳定状态的物料颗粒在物料堆积平台7上形成圆锥堆积体，物料在物料堆积平台7上的堆积高度与物料堆积平台7半径的比值即为物料休止角的余弦，即tanα=2h/d, α=arctan(2h/d)，其中，h为物料在物料堆积平台7上的堆积高度，能够由悬挂支柱8上的刻度线直接读出，d为物料堆积平台的直径，为已知量。
33.本发明在测量过程中，物料堆积平台7保持固定不动，物料槽6匀速缓慢下降，物料颗粒仅受重力和内摩擦力的作用，形成的休止角更能反映出物料本身的特性，减少了测量误差。
34.本实施例中，物料堆积平台7与悬挂支柱8之间通过螺钉16实现可拆相连。其他实施例中，物料堆积平台上有螺柱，悬挂支柱旋拧在螺柱上，实现物料堆积平台、悬挂支柱之间的可拆相连。其他实施例中，悬挂支柱与物料堆积平台之间可以为一体式的结构。
35.本实施例中，底板2底部有三个可调地脚螺栓1。其他实施例中，可调地脚螺栓的数量可以根据实际情况进行增加。其他实施例中，将可调地脚螺栓取消，将基座安装在能够调平的平台上。
36.本实施例中，悬挂支柱8上有刻度线，可以直接读取堆积高度。其他实施例中，将悬挂支柱上的刻度线取消，待物料堆积平台上形成圆锥堆积体之后，再采用投影等方式进行堆积高度的测量。
37.本实施例中，连接部件包括上连接件12和下连接件13，上连接件12和下连接件13通过销轴进行可拆相连。其他实施例中，连接部件可以为一体式的结构。其他实施例中，将连接部件取消，悬挂支柱直接安装在横支架上。
38.本实施例中，连接部件与悬挂支柱8之间螺纹装配，连接部件与悬挂支柱之间压装有水平仪安装板9，水平仪安装在水平仪安装板9上。其他实施例中，将水平仪直接固定安装在悬挂支柱上，具体可以采用焊接等方式。其他实施例中，水平仪不再固定在测量仪上，只有在初始调节时放在物料堆积平台上，调平之后将水平仪拿走。
39.本实施例中，水平仪为气泡水平仪14。其他实施例中，水平仪的类型可以进行更改，比如可以为数字水平仪等。
40.本实施例中，物料槽托盘5与升降装置15的伸缩端之间通过销轴可拆相连。其他实施例中，两者可以通过螺纹实现可拆相连，其他实施例中，两者可以采用焊接等不可拆的装配方式。
41.本实施例中，物料槽6采用紧定螺钉安装在物料槽托盘5的安装槽中。其他实施例中，两者采用过盈强装的方式进行装配。其他实施例中，将物料槽托盘取消，物料槽直接安装在升降装置的伸缩端上。
42.其中，物料槽6可以采用无盖圆柱体，也可以为无盖长方体、无盖正方体、无盖多边柱体等结构。
43.本实施例中，升降装置15为电动推杆。其他实施例中，升降装置可以为油缸、丝杆
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螺套机构、气缸等能够实现直线伸缩的装置。
44.本实施例中，基座包括底板和顶板，底板和顶板对升降装置进行双支撑。其他实施
例中，可以仅保留底板。
45.本实施例中，横支架与立柱之间采用螺栓进行相连。其他实施例中，横支架与立柱之间可以一体成型。
46.本发明物料休止角形成方法的具体实施例：物料休止角形成方法与上述物料休止角测量仪实施例中物料休止角的形成方法相同，在此不再赘述。
47.最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。