一种振动条件下承压颗粒介质剪切摩擦力测试装置的制作方法

本发明涉及摩擦力测试技术领域，特别是涉及一种振动条件下承压颗粒介质剪切摩擦力测试装置。

背景技术：

摩擦测试仪大多是针对固体材料，在点接触、线接触或面接触条件下对相关摩擦学参数进行测量。颗粒物质剪切摩擦力的测量一般采用直剪仪、环剪或者三轴剪切等方式，这些试验方法一般均在静载条件下进行，并且直剪仪存在因试样剪切面在剪切过程中逐渐缩小而造成计算误差缺陷。

目前，在振动条件下，承压颗粒物质的传力特性及其剪切摩擦力的检测尚未得到有效的试验方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种振动条件下承压颗粒介质剪切摩擦力测试装置，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种振动条件下承压颗粒介质剪切摩擦力测试装置，包括振动剪切装置和数据检测分析装置；所述振动剪切装置包括实验盒、振动装置、冲头和侧推装置；所述数据分析装置包括压力传感器、数据采集系统和计算机；

所述实验盒为凹槽形实验盒，所述实验盒顶端设置有固定盒，所述固定盒中部设置有通孔，所述实验盒内部盒底设置有导轨，所述导轨上端设置有能够沿所述导轨滑动的滑块，所述滑块上端固定设置有剪切盒，所述剪切盒顶端中部设置有盲孔，所述剪切盒盲孔与所述固定盒通孔相连通，所述剪切盒上表面与所述固定盒下表面间留有小于待测颗粒直径的间隙；

所述振动装置外侧设有一支撑架，所述振动装置底端与所述冲头一端连接，所述支撑架与所述冲头以及所述振动装置固定连接，且所述冲头与所述振动装置之间设置有缓冲垫；所述冲头截面形状与所述固定盒通孔相配合；

所述侧推装置穿过所述实验盒并通过所述压力传感器与所述滑块连接，所述压力传感器、所述数据采集系统和所述计算机依次连接。

可选的，所述冲头顶端设置有连接法兰，所述冲头顶端的连接法兰通过一压环与所述支撑架固定连接，所述缓冲垫设置于所述压环与支撑架之间，且与所述连接法兰上下表面接触。

可选的，所述冲头截面为圆形，所述剪切盒盲孔为长形孔槽，所述长形孔槽为两端为半圆中间为矩形的组合形状，所述冲头截面直径与所述长形孔槽两端半圆直径相同。

可选的，所述冲头截面为方形，所述剪切盒盲孔为矩形孔槽，所述冲头截面边长与所述矩形孔槽宽度相同。

可选的，所述侧推装置采用电子推杆，所述电子推杆顶端采用铰链与所述压力传感器一端相连接，所述压力传感器另一端与所述滑块通过螺纹相连接。

可选的，所述振动装置采用超声振动器、电磁振动器、机械振动器、气压或者液压振动器多种振动装置。

可选的，所述压力传感器用于将获得的颗粒介质的剪切位移及剪切力输入到所述数据采集系统，所述计算机用于记录和分析颗粒介质所受的剪切摩擦力。

可选的，所述导轨与所述实验盒通过螺栓固定连接。

可选的，所述固定盒通过螺栓固定于所述实验盒上。

可选的，所述滑块与所述剪切盒通过螺栓固定连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的测试装置结构简单，在整个剪切过程中剪切面积始终与冲头的底面积保持一致，有利于精确测定振动条件下承压颗粒介质所受的剪切摩擦力，有效解决直剪仪中在剪切过程中试样剪切面逐渐缩小而造成计算误差的缺陷；且本发明可以将振动条件下颗粒介质的摩擦特性和非振动条件下的摩擦特性进行对比，从而揭示振动条件对颗粒介质摩擦特性的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中振动条件下承压颗粒介质剪切摩擦力测试装置的正向结构示意图；

图2为本发明中振动条件下承压颗粒介质剪切摩擦力测试装置的A-A示意图；

图3为图1中的B-B视图，即圆形截面冲头和带有长形孔槽剪切盒示意图；

图4为图1中的B-B视图，即方形截面冲头和带有矩形孔槽剪切盒示意图；

图5为本发明中实验盒示意图；

图中：1-实验盒、2-导轨、3-滑块、4-剪切盒、5-固定盒、6-冲头、7-压环、8-支撑架、9-振动装置、10-缓冲垫、11-颗粒介质、12-压力传感器、13-侧推装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

本发明的目的是提供一种振动条件下承压颗粒介质剪切摩擦力测试装置，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一、

本实施例提供一种振动条件下承压颗粒介质剪切摩擦力测试装置，如图1-5所示，实验盒1为凹槽形实验盒，实验盒1顶端通过螺栓固定有固定盒5，固定盒5中部设置有直径为20mm的圆形通孔，通孔与冲头6间隙配合，直径间隙为0.1mm，保证施压时颗粒介质11不会从间隙中溢出；实验盒1内部盒底通过螺栓连接固定有一导轨2，导轨2上端设置有能够沿导轨2滑动的滑块3，滑块3上端通过螺栓连接固定有一剪切盒4，剪切盒4顶端中部加工有一宽度为20mm长度为35mm的长形孔槽，槽深20mm的长形孔槽，固定盒5与剪切盒4装配后，剪切盒4上的长形盲孔与固定盒5圆形通孔相连通，一起构成承装颗粒介质11的料仓，剪切盒4上表面与固定盒5下表面间保持有0.1mm的间隙，该间隙可以保证固定盒5与剪切盒4空载条件下相互运动时不会相互接触而形成摩擦阻力，而承载时颗粒介质11也不会卡入缝隙或者从缝隙中溢出；

本发明中的振动装置9可选择超声振动器、电磁振动器、机械振动器、气压或者液压振动器等多种振动装置，振动装置9的设置使本装置将振动条件下颗粒介质的摩擦特性和非振动条件下的摩擦特性进行对比，从而揭示振动条件对颗粒介质摩擦特性的影响；具体的本实施例中冲头6一端采用螺纹与超声振动器的变幅杆相连接，且保证轴向振动激励有效传递至冲头6下表面，利用压环7压住冲头6上的连接法兰，从而将带有振动装置9的冲头6固定于支撑架8上，在连接法兰上下表面设置有橡胶垫10以保证冲头6承载后振动仍能有效传递，冲头6下端部直接与固定盒5内待检测的颗粒介质11上表面接触，外载荷F₀垂直作用于支撑架8上表面，从而实现冲头对颗粒介质11上表面的法向施压；本实施例中冲头6可采用圆形或者方形截面形式，对应剪切盒上加工为长形孔槽(中间矩形，两端部为半圆形)或矩形孔槽承装颗粒介质11，这样的设置可以使整个剪切过程中剪切面积始终与冲头的底面积保持一致，有利于精确测定振动条件下承压颗粒介质所受的剪切摩擦力，有效解决直剪仪中在剪切过程中试样剪切面逐渐缩小而造成计算误差的缺陷；本实施例中具体的孔槽尺寸满足如下关系：圆形截面冲头6半径与长形孔槽端部半径一致，长形孔总长度为1.5～2倍冲头直径；方形截面冲头6边长与矩形孔槽宽度一致，矩形孔槽长度为其宽度1.5～2倍；

侧推装置13可采用电子推杆，液压缸和气缸等提供，具体的，侧推装置13采用电子推杆时，电子推杆顶端采用一铰链与压力传感器12一端相连接，从而实现滑块3仅承受水平推力，压力传感器12另一端与滑块3通过螺纹相连接，电子推杆施加水平推力实现对颗粒介质的剪切，将由传感器获得的剪切位移及摩擦剪切力输入到数据采集系统，并由计算机记录和分析颗粒介质所受的剪切摩擦力，颗粒介质所受的剪切摩擦力应该为传感器所得力值减去未装颗粒介质时滑块与导轨间的摩擦力。

基于上述实施例提供的一种振动条件下承压颗粒介质剪切摩擦力测试装置进行测试实验，具体实验过程如下：

(1)将测试装置各个零部件装配完毕后，

将粒径为0.5mm的不锈钢球倒入固定盒5与剪切盒4孔槽形成的料仓中，所加颗粒量高出剪切面15mm，此时料仓内颗粒介质呈“┗”形状，即固定盒5通孔与长形孔槽左侧平齐，如图3所示；然后将装配有超声振振动器的冲头垂直作用于颗粒介质的上表面；

(2)超声振动器启动，对冲头6施加轴向振动激励；

(3)竖直载荷F₀作用于支撑架上表面，通过冲头6对颗粒介质11施加法向压力；

(4)剪切盒4在电子推杆的水平推力作用下匀速运动对颗粒实施剪切，颗粒介质11形状逐渐变化为“┻”形状，剪切结束时，呈现“┛”形状；

(5)压力传感器12将颗粒介质11的剪切位移及剪切力输入到数据采集系统，并由计算机记录和分析颗粒介质所受的剪切摩擦力，实验结束，可以通过改变竖直载荷的大小、水平剪切的速度、振动振幅及频率来获得待测颗粒介质振动激励下的摩擦特性。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。