一种固液两相散体物料摩擦特性试验装置的制作方法

本发明涉及物料摩擦特性试验技术领域，具体涉及一种固液两相散体物料摩擦特性试验装置。

背景技术：

随着畜禽养殖的集约化、规模化发展，人们生活水平得到显著提升，同时也带来了养殖有机废弃物的环境污染问题。规模化养猪粪污清理有干清粪、漏缝地板、刮板加冲洗水等几种模式，规模化养牛场主要以刮板清粪为主，清理后的固形物粪污主要以好氧堆肥为主，液体以厌氧发酵结合好氧曝气为主，无论哪种粪污清理模式，固液分离都是其中不可或缺的关键技术环节，固液分离设备的效率制约着整个养殖有机废弃物资源化利用系统的效率。

研发高效的养殖有机废弃物固液分离设备以解决处理中的瓶颈问题是提升资源化利用水平的重要途径。其中又以固液两相散体物料在固液分离设备中的摩擦特性研究为核心，以深入研究可压缩固液两相散体物料在螺旋输送过程中物性变化和摩擦动力学特性是揭示螺旋输送和固液分离机理的首要任务。而目前大部分相关摩擦特性试验装置都是针对不可压缩球形散体物料，关于类似畜禽粪便这样的可压缩的固液两相散体物料的摩擦特性基于压力和速度变化规律的试验装置还没有。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对上述现有试验装置缺失的问题，提供一种固液两相散体物料摩擦特性试验装置，为深入研究可压缩的固液两相散体物料在螺旋输送过程中物性变化和摩擦动力学特性以及揭示螺旋输送和固液分离机理的研究提供设备支持。为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种固液两相散体物料摩擦特性试验装置，包括电控单元、同步带以及用于驱动同步带运动的运动机构、两个拉力传感器、支撑底板、垂直加压油缸、主机底座，所述同步带水平设置，所述同步带的上层断开且断开的两端分别连接有拉力传感器，两个所述拉力传感器之间通过支撑底板固定连接，所述主机底座水平设置，所述主机底座上安装有条式水平仪，所述支撑底板下端通过滑动机构水平滑动配合在所述支撑底座上，所述支撑底座设置在所述同步带的上层和下层之间，所述主机底座位于同步带传动方向的两侧分别向上固定安装有主机架，所述垂直加压油缸可拆卸的固定安装在所述主机架上且所述垂直加压油缸的活塞杆竖向向下设置，所述活塞杆下端固定安装有水平设置的活塞底板，所述主机架上还固定安装有固定料筒，所述固定料筒两端开口设置，所述固定料筒正对设置在所述活塞杆下方，所述支撑底板上设置有用于对固液两相散体物料进行摩擦特性试验的试验装置；还包括用于对同步带的速度进行检测的测速传感器，所述同步带一侧设置有测速传感器安装座，所述测速传感器固定安装在所述测速传感器安装座上，所述拉力传感器、运动机构、测速传感器以及垂直加压油缸均与所述电控单元电连接设置。

本技术方案中，在进行试验时，首先要对主机底座进行找平操作，主机底座上安装有条式水平仪；在使用时，在固定料筒中装入固液两相散体物料，然后固定料筒下端与试验装置接触，电控单元给垂直加压油缸设定一定的垂直压力值，垂直加压油缸向固定料筒内的固液两相散体物料施加垂直的恒定压力，使得固定料筒内的固液两相散体物料与试验装置紧密接触且受力均匀，之后，动力机构带动同步带运动，利用测速传感器检测同步带的运动速度，在同步带运动时，会带动支撑底板水平滑动，支撑底板会带动试验装置移动，以使得试验装置与固液两相散体物料之间产生摩擦，利用拉力传感器检测横向拉力值；测速传感器、拉力传感器和垂直加压油缸的压力值均传递至电控单元，最终电控单元根据垂直压力值、拉力值和速度值计算并生成固液两相散体物料与试验装置的最大静摩擦系数、滑动摩擦系数以及内摩擦系数随垂直正压力、相对运动速度之间的变化规律曲线图。同步带往复运动，带动试验装置往复运动，可以进行多次摩擦特性试验，更好的提高检测效率。

进一步的，所述试验装置包括测试板材，所述测试板材水平设置，所述测试板材可拆卸的固定安装在所述支撑底板上。

这样，测试板材设置有若干个，可以进行更换，试验开始前，固定料筒内放置有固液两相散体物料，固定料筒下端与测试板材上表面接触，固定料筒内的固液两相散体物料与测试板材上表面接触设置，之后垂直加压油缸向固定料筒内的固液两相散体物料施加恒定垂直压力值，同步带动作带动支撑底板运动，支撑底板带动测试板材移动，利用拉力传感器检测横向拉力值，测速传感器检测同步带的速度值，将垂直压力值、横向拉力值和速度值传回电控单元，最终电控单元根据垂直压力值、横向拉力值和速度值计算并生成固液两相散体物料与测试板材之间的最大静摩擦系数和滑动摩擦系数随垂直正压力、相对运动速度之间的变化规律曲线图。具体的，本专利中涉及的固液两相散体物料为可压缩固液两相混合散体物料。可压缩的固液两相散体物料的含水率不同，导致其与测试板材之间的表面附着力不同，因此影响其与测试板材之间的表面摩擦系数；同时，其含水率不同，其随测试板材的移动速度不同，其与测试板材之间的附着力也不同，使得其与测试板材之间的表面摩擦系数也不同。实验结束后，实验人员根据不同测试板材的移动速度、垂直加压油缸的垂直压力值以及测试板材从静止到移动的瞬间的横向拉力值之间的变化规律得到最大静摩擦系数；实验人员根据不同测试板材的移动速度、垂直加压油缸的垂直压力值以及测试板材匀速运动的横向拉力值之间的变化规律得到滑动摩擦系数。固液两相散体物料的含水率不同，垂直加压油缸的垂直压力值不同，同步带的移动速度不同，得到的表面摩擦系数不同。

进一步的，所述试验装置包括固定安装在所述支撑底板上的移动料筒，所述移动料筒上端开口设置，所述移动料筒与所述固定料筒直径一致。

这样，移动料筒固定安装在支撑底板上，试验开始前，将固液两相散体物料放置在固定料筒和移动料筒内，移动料筒上端与固定料筒下端正对且接触设置，之后垂直加压油缸向固定料筒内的固液两相散体物料施加恒定垂直压力值，同步带动作带动支撑底板运动，支撑底板带动移动料筒移动，使得固定料筒和移动料筒在竖直方向上产生错位，利用拉力传感器检测横向拉力值，测速传感器检测同步带的速度值，将垂直压力值、横向拉力值和速度值传回电控单元，最终电控单元根据垂直压力值、横向拉力值和速度值计算并生成固液两相散体物料内摩擦系数随垂直正压力、相对运动速度之间的变化规律曲线图。具体的，本专利中涉及的固液两相散体物料为可压缩固液两相混合固液两相散体物料。可压缩的固液两相散体物料的含水率不同，导致固液两相散体物料之间的附着力不同，因此影响其内摩擦系数；同时，其含水率不同，其随移动料筒的移动速度不同，其内表面摩擦系数也不同。实验结束后，实验人员根据移动料筒的移动速度、垂直加压油缸的垂直压力值以及移动料筒从静止到移动的瞬间的横向拉力值和移动料筒匀速运动后的横向拉力值之间的变化规律得到内摩擦系数。固液两相散体物料的含水率不同，垂直加压油缸的垂直压力值不同，同步带的移动速度不同，得到的内擦系数不同。

进一步的，所述滑动机构包括固定安装在所述支撑底板下端的滑块，所述滑块内部设置有滚动体，所述滚动体下端位于所述滑块下表面下方，所述主机底座上水平设置有导轨，所述滑块的滚动体滚动配合在所述导轨上。

这样，支撑底板滑动安装在主机底座上，可以更好的减少其之间的摩擦力，提高试验结果的准确性。具体的，滑块设置有8个，且滑块与支撑底板下端通过螺栓固定连接。

进一步的，所述运动机构包括伺服电机、主动同步带轮和从动同步带轮，所述伺服电机固定安装在电机安装座上，所述伺服电机的输出轴通过联轴器与所述主动同步带轮联接，所述主动同步带轮和从动同步带轮设置在所述同步带传动方向的两端，所述主动同步带轮转动安装在电机安装座上，所述从动同步带轮转动安装在从动带轮安装座上。

这样，伺服电机动作，通过联轴器带动主动同步带轮转动，通过同步带的传动带动从动同步带轮转动，使得同步带以恒定速度移动，并利用测速传感器对同步带的移动速度进行检测，并将速度值输送至电控单元。

进一步的，所述垂直加压油缸固定安装在油缸安装座上，所述油缸安装座两端与所述主机架可拆卸固定连接。

这样，设置有油缸安装座，方便垂直加压油缸的安装固定。

进一步的，所述主机架上竖向设置有条形孔，所述油缸安装座通过螺栓固定安装在所条形孔内。

这样，可以根据需要调整油缸安装座的高度，进而对垂直加压油缸下端进行调整，方便测试板材或移动料筒的安装以及更换。

进一步的，所述垂直加压油缸与液压泵站通过管道连接设置，所述液态泵站集成有压力传感器，所述压力传感器与所述电控单元电连接设置。

这样，液压泵站用于对垂直加压油缸施加恒定压力，并通过液压泵站集集成的压力传感器将垂直压力值输送至电控单元。

进一步的，所述电控单元包括电子计算机和与所述电子计算机电连接设置的电控柜组件，所述液压泵站、压力传感器、测速传感器、拉力传感器、伺服电机分别与所述电控柜组件电连接设置。

这样，电控单元用于控制液压泵站输出恒定的压力、伺服电机输出的恒定转速，同时可以接收压力传感器、测速传感器和拉力传感器的信号，提高整个装置的可靠性。

进一步的，所述主机架两侧通过支撑杆与主机底座固定连接。

这样，支撑杆可以更好的提高主机架的受力稳定，同时保证主机底座的平面度。

综上，本发明公开的试验装置可以测量在不同垂直压力和不同测试板材横向移动速度条件下的固液两相散体物料与不同测试板材的最大静摩擦系数和滑动摩擦系数；另外可以测量在不同垂直压力和不同移动料筒横向移动速度条件下的固液两相散体物料的内摩擦系数。

附图说明

图1为本发明具体实施方式所述的固液两相散体物料摩擦特性试验装置的结构示意图。

图2为图1的a向视图。

图3为图1的b-b的示意图，其中试验装置为测试板材。

图4为图1的b-b的示意图，其中试验装置为移动料筒。

图5为测试板材清洗装置的结构放大示意图。

图6为图5的c向视图。

图7为图5的d向视图。

具体实施方式

下面结合附图1-7本发明作进一步的详细说明。

一种固液两相散体物料摩擦特性试验装置，包括电控单元1、同步带5以及用于驱动同步带5运动的运动机构、两个拉力传感器10、支撑底板14、垂直加压油缸21、主机底座8，所述同步带5水平设置，所述同步带5的上层断开且断开的两端分别连接有拉力传感器10，两个所述拉力传感器10之间通过支撑底板14固定连接，所述主机底座8水平设置，所述主机底座8上安装有条式水平仪26，所述支撑底板14下端通过滑动机构水平滑动配合在所述支撑底座8上，所述支撑底座8设置在所述同步带5的上层和下层之间，所述主机底座8位于同步带5传动方向的两侧分别向上固定安装有主机架11，所述垂直加压油缸21可拆卸的固定安装在所述主机架11上且所述垂直加压油缸21的活塞杆竖向向下设置，所述活塞杆下端固定安装有水平设置的活塞底板，所述主机架11上还固定安装有固定料筒20，所述固定料筒20两端开口设置，所述固定料筒20正对设置在所述活塞杆下方，所述支撑底板上设置有用于对固液两相散体物料进行摩擦特性试验的试验装置；还包括用于对同步带5的速度进行检测的测速传感器7，所述同步带5一侧设置有测速传感器安装座6，所述测速传感器7固定安装在所述测速传感器安装座6上，所述拉力传感器10、运动机构、测速传感器7以及垂直加压油缸21均与所述电控单元电连接设置。

本技术方案中，在进行试验时，首先要对主机底座进行找平操作，主机底座上安装有条式水平仪；在使用时，在固定料筒中装入固液两相散体物料，然后固定料筒下端与试验装置接触，电控单元给垂直加压油缸设定一定的垂直压力值，垂直加压油缸向固定料筒内的固液两相散体物料施加垂直的恒定压力，使得固定料筒内的固液两相散体物料与试验装置紧密接触且受力均匀，之后，动力机构带动同步带运动，利用测速传感器检测同步带的运动速度，在同步带运动时，会带动支撑底板水平滑动，支撑底板会带动实验装置移动，以使得试验装置与固液两相散体物料之间产生摩擦，利用拉力传感器检测横向拉力值；测速传感器、拉力传感器和垂直加压油缸的压力值均传递至电控单元，最终电控单元根据垂直压力值、拉力值和速度值计算并生成固液两相散体物料与试验装置的最大静摩擦系数、滑动摩擦系数以及内摩擦系数随垂直正压力、相对运动速度之间的变化规律曲线图。固液两相散体物料的含水率不同，垂直加压油缸的垂直压力值不同，同步带的移动速度不同，得到的表面摩擦系数不同。

具体的，同步带5带动试验装置向左移动时，利用设置在支撑底板14左侧的拉力传感器10进行检测，并将拉力传感器10的数据上传至电控单元；同步带5带动试验装置向右移动时，利用设置在支撑底板14右侧的拉力传感器10进行检测，并将拉力传感器10的数据上传至电控单元1。这样可以更好的对横向拉力值进行检测，提高数据可靠性。

进一步的，所述试验装置包括测试板材15，所述测试板材15水平设置，所述测试板材15可拆卸的固定安装在所述支撑底板上。

这样，测试板材设置有若干个，可以进行更换，试验开始前，固定料筒内放置有固液两相散体物料，固定料筒下端与测试板材上表面接触，固定料筒内的固液两相散体物料与测试板材上表面接触设置，之后垂直加压油缸向固定料筒内的固液两相散体物料施加恒定垂直压力值，同步带动作带动支撑底板运动，支撑底板带动测试板材移动，利用拉力传感器检测横向拉力值，测速传感器检测同步带的速度值，将垂直压力值、横向拉力值和速度值传回电控单元，最终电控单元根据垂直压力值、横向拉力值和速度值计算并生成固液两相散体物料与测试板材之间的最大静摩擦系数和滑动摩擦系数随垂直正压力、相对运动速度之间的变化规律曲线图。具体的，本专利中涉及的固液两相散体物料为可压缩固液两相混合散体物料。可压缩的固液两相散体物料的含水率不同，导致其与测试板材之间的表面附着力不同，因此影响其与测试板材之间的表面摩擦系数；同时，其含水率不同，其随测试板材的移动速度不同，其与测试板材之间的附着力也不同，使得其与测试板材之间的表面摩擦系数也不同。实验结束后，实验人员根据不同测试板材的移动速度、垂直加压油缸的垂直压力值以及测试板材从静止到移动的瞬间的横向拉力值之间的变化规律得到最大静摩擦系数；实验人员根据不同测试板材的移动速度、垂直加压油缸的垂直压力值以及测试板材匀速运动的横向拉力值之间的变化规律得到滑动摩擦系数。固液两相散体物料的含水率不同，垂直加压油缸的垂直压力值不同，同步带的移动速度不同，得到的表面摩擦系数不同。

具体的，还设置有测试板材清洗装置25，测试板材清洗装置25包括支座，所述支座251上安装有总管252，所述支座251向上安装有立柱，所述立柱上端水平架设有横管255，所述横管255与所述总管252之间连通设置，所述横管255正对同步带5的一侧设置有喷水管253。这样，总管内通入高压水，高压水沿总管进入横管，之后进入喷水管后喷射到测试板材上，在清洗结束后，利用鼓风机鼓热风，对测试板材表面残留的水进行烘干清理，避免残留的水对后续试验结果产生影响，提高摩擦特性检测的可靠性。在试验过程中，同步带带动测试板材移动，同步带可以往复移动，带动测试板材进行多次试验。为更好的提高检测结果准确性，一般试验2次即用水进行清洗一次。进一步的，总管与支座之间通过卡箍254连接设置。

进一步的，所述试验装置包括固定安装在所述支撑底板上的移动料筒24，所述移动料筒24上端开口设置，所述移动料筒24与所述固定料筒20直径一致。

这样，移动料筒固定安装在支撑底板上，试验开始前，将固液两相散体物料放置在固定料筒和移动料筒内，移动料筒上端与固定料筒下端正对且接触设置，之后垂直加压油缸向固定料筒内的固液两相散体物料施加恒定垂直压力值，同步带动作带动支撑底板运动，支撑底板带动移动料筒移动，使得固定料筒和移动料筒在竖直方向上产生错位，利用拉力传感器检测横向拉力值，测速传感器检测同步带的速度值，将垂直压力值、横向拉力值和速度值传回电控单元，最终电控单元根据垂直压力值、横向拉力值和速度值计算并生成固液两相散体物料内摩擦系数随垂直正压力、相对运动速度之间的变化规律曲线图。具体的，本专利中涉及的散体物料为可压缩固液两相混合散体物料。可压缩的固液两相散体物料的含水率不同，导致固液两相散体物料之间的附着力不同，因此影响其内摩擦系数；同时，其含水率不同，其随移动料筒的移动速度不同，其内表面摩擦系数也不同。实验结束后，实验人员根据移动料筒的移动速度、垂直加压油缸的垂直压力值以及移动料筒从静止到移动的瞬间的横向拉力值和移动料筒匀速运动后的横向拉力值之间的变化规律得到内摩擦系数。固液两相散体物料的含水率不同，垂直加压油缸的垂直压力值不同，同步带的移动速度不同，得到的内擦系数不同。

进一步的，所述滑动机构包括固定安装在所述支撑底板下端的滑块13，所述滑块13内部设置有滚动体，所述滚动体下端位于所述滑块13下表面下方，所述主机底座8上水平设置有导轨12，所述滑块13的滚动体滚动配合在所述导轨12上。

这样，支撑底板滑动安装在主机底座上，可以更好的减少其之间的摩擦力，提高试验结果的准确性。具体的，滑块设置有8个，且滑块与支撑底板下端通过螺栓固定连接。

进一步的，所述运动机构包括伺服电机3、主动同步带轮18和从动同步带轮17，所述伺服电机3固定安装在电机安装座4上，所述伺服电机3的输出轴通过联轴器19与所述主动同步带轮18联接，所述主动同步带轮18和从动同步带轮17设置在所述同步带5传动方向的两端，所述主动同步带轮18转动安装在电机安装座4上，所述从动同步带轮17转动安装在从动带轮安装座16上。

这样，伺服电机动作，通过联轴器带动主动同步带轮转动，通过同步带的传动带动从动同步带轮转动，使得同步带以恒定速度移动，并利用测速传感器对同步带的移动速度进行检测，并将速度值输送至电控单元。

进一步的，所述垂直加压油缸21固定安装在油缸安装座22上，所述油缸安装座22两端与所述主机架11可拆卸固定连接。

这样，设置有油缸安装座，方便垂直加压油缸的安装固定。

进一步的，所述主机架11上竖向设置有条形孔，所述油缸安装座22通过螺栓固定安装在所条形孔内。

这样，可以根据需要调整油缸安装座的高度，进而对垂直加压油缸下端进行调整，方便测试板材或移动料筒的安装以及更换。

进一步的，所述垂直加压油缸21与液压泵站2通过管道连接设置，所述液态泵站2集成有压力传感器，所述压力传感器与所述电控单元1电连接设置。

这样，液压泵站用于对垂直加压油缸施加恒定压力，并通过液压泵站集成的压力传感器将垂直压力值输送至电控单元。

进一步的，所述电控单元1包括电子计算机和与所述电子计算机电连接设置的电控柜组件，所述液压泵站2、压力传感器、测速传感器7、拉力传感器10、伺服电机3分别与所述电控柜组件电连接设置。

这样，电控单元用于控制液压泵站输出恒定的压力、伺服电机输出的恒定转速，同时可以接收压力传感器、测速传感器和拉力传感器的信号，提高整个装置的可靠性。

进一步的，所述主机架11两侧通过支撑杆9与主机底座8固定连接。

这样，支撑杆可以更好的提高主机架的受力稳定，同时保证主机底座的平面度。

具体的，在测试之前需要把试验装置本身的摩擦系数值进行去除。去除方式如下：固定料筒内不加固液两相散体物料，在垂直加压油缸的活塞杆下端的活塞底板上安装两个滑轮压紧在测试板材上，然后移动测试板材，测量出摩擦系数。试验后的摩擦系数值再剔除装置本身的摩擦系数值，就得到固液两相散体物料与测试板材的摩擦系数值。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。