一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的实验装置及实验方法

摘要

本发明公开一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的实验装置，具有支撑机构，设置在支撑机构上的筒仓主体，和用于向筒仓主体供应散粒体的供应机构；筒仓主体由位于前后的正有机玻璃挡墙和后有机玻璃挡墙，位于两侧的左侧板和右侧板，位于底部的卸料机构组成；正有机玻璃挡墙设有刻度线Ⅰ，后有机玻璃挡墙设有用于监测散粒体流动过程中有机玻璃挡墙上各点所受压力变化的应变片，正有机玻璃挡墙和后有机玻璃挡墙均为透明有机玻璃板。可直观方便地对筒仓中散体的流动规律进行研究，以避免现场测试受到场地、设备以及人员安全等条件的制约，导致测量数据不准确的现象发生。

说明书

技术领域

本发明属于地下采矿放矿与筒仓装卸料工艺的散粒体流动规律的测试领域，具体涉及一 种用于筒仓散粒体流动过程中移动带范围以及侧壁压力测试的室内实验装置及方法。

背景技术

近些年来，随着散料的贮存运输业不断朝着快速、定量、精确的方向发展，仓筒和料斗 已经广泛应用于冶金、化工、煤炭、粮食等行业。在使用过程中也发现了诸多问题，例如颗 粒对卸料口的堵塞、对仓壁的磨损和破裂等。为了研究以上问题，必须要了解散料的流动特 性。由于其流动情况比液体和固体都要复杂，因此对其深入的学习研究对现实应用具有重要 意义。

实际筒仓卸料时，物料的流型是单纯的一种还是几种的混合，用传统的理论很难描述， 另外，物料在运动过程中对筒仓的作用力与处于静止状态时是完全不同的，因此仓内物料的 压力问题是十分复杂的，其初始状态、流动情况各不相同，即使卸出极少量的物料，筒仓壁 上的压力也有所增加，甚至是静止压力时的1～2倍。筒仓的卸料形式不同，仓壁压力增大 的数值也不同。至于动压力产生的机理，各国学者也是众说不一，早期有贮料特性改变说、 动态拱说等，可以解释一些现象，但未形成计算理论。

目前筒仓散体流动规律的研究主要利用经验公式，现场测试与数值模拟三种手段。然而 大量的实践证明经验公式法(Janssen公式)与实际测试结果相差较大，甚至一些计算与工 程现象相悖；现场测试由于受到场地、设备以及人员安全等条件的制约(特别是大型溜井与 大型筒仓)，往往难以进行现场操作，而且其结果具有较大的离散性，不宜进行分析研究；数 值模拟是现阶段主要的利用手段，但是由于颗粒体间，颗粒体与井壁间的摩擦系数难以确定， 因此其结果仅能够进行定性分析，无法作为设计的主要依据。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的实验装置及 实验方法，可直观方便地对筒仓中散体的流动规律进行研究，以避免现场测试受到场地、设 备以及人员安全等条件的制约，导致测量数据不准确的现象发生。

本发明采用的技术方案为：

一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的实验装置，具有支撑机构，设置在支撑机构上 的筒仓主体，和用于向筒仓主体供应散粒体的供应机构；所述筒仓主体由位于前后的正有机 玻璃挡墙和后有机玻璃挡墙，位于两侧的左侧板和右侧板，位于底部的卸料机构组成；所述 正有机玻璃挡墙设有刻度线Ⅰ，所述后有机玻璃挡墙设有用于监测散粒体流动过程中有机玻 璃挡墙上各点所受压力变化的应变片，所述正有机玻璃挡墙和后有机玻璃挡墙均为透明有机 玻璃板。

所述的一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的实验装置，所述支撑机构包括桌面，用 支撑桌面的桌腿，设置在桌面上用于支撑正有机玻璃挡墙和后有机玻璃挡墙的三角支撑板， 桌面上设置有漏口，卸料机构包括左右对称的两底板，两底板分别与左侧板和右侧板滑动配 合，所述卸料机构与漏口相对应，所述底板的长度与漏口边沿到桌面边缘的长度相同。

所述的一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的实验装置，桌面下方与漏口相对应的位 置设有漏口开关，所述漏口开关为抽拉式开关结构，所述桌面沿底板方向设有刻度线Ⅱ。

所述的一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的实验装置，所述供料机构具有传送带， 传动带分为位于卸料机构下方用于回收散粒体的提升部分，将提升部分的散粒体转送到水平 位置的转运部分，和用于将散粒体水平运输至筒仓主体的水平运输部分。

所述的一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的实验装置，所述供料机构还包括均匀填 料装置，所述均匀填料装置包括位于筒仓主体上部的倾斜缓冲平板，倾斜缓冲平板的顶端设 有弧形导轨，倾斜缓冲平板的两侧设有限位板，倾斜缓冲平板的上方设有旋转圆筒，所述旋 转圆筒的上部为接收散粒体的固定端，旋转圆筒的下部为输出散粒体的移动端，旋转圆筒的 下部装有可调节速度的滑块，所述滑块与所述弧形导轨活动连接。

所述的一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的实验装置，所述倾斜缓冲平板的宽度与 有机玻璃挡墙的宽度相同。

所述的一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的实验装置，所述左侧板和右侧板的内侧 壁的两侧分别设有用于安装正有机玻璃挡墙和后有机玻璃挡墙的切割槽Ⅰ。

所述的一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的实验装置，所述相邻刻度线Ⅰ的间距为 50mm，相邻应变片的间距为90mm。

所述的一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的实验装置，所述筒仓主体的顶端设有漏 斗。

一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的试验方法，包括如下步骤：

1)关闭漏口开关以堵住桌面的漏口；

2)初始装料，手动装料至一定高度，保证散粒体流动过程中筒仓主体上部出现整体流动；

3)连接应变片，开始监测后有机玻璃挡墙上的压力变化；

4)启动供料机构，打开筒仓主体底部的卸料机构开始卸料，流出的散粒体通过供料机构 传输回筒仓主体中，实现循环；

5)待循环稳定，在正有机玻璃挡墙上绘出卸料过程中的散粒体移动带范围。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的实验装置，包括三部分，分别为支撑 机构，筒仓主体和供料机构，三部分可以自由分离开来，便于拆卸组装，携带和维修，满足 实验需要。筒仓主体的正有机玻璃挡墙和后有机玻璃挡墙均为透明有机玻璃板，便于观察筒 仓主体内部散粒体的流动状态，同时可以根据正有机玻璃挡墙的刻度线Ⅰ描绘散粒体流动过 程中的散粒体移动带范围，根据后有机玻璃挡墙的应变片，监测散粒体流动过程中后有机玻 璃挡墙上各点所受压力的变化情况。该装置可以绘制散粒体流动过程中移动带的范围；可以 对整个过程中筒仓主体的筒壁各个测点所受压力进行实时测试；便于对筒仓中散粒体流动规 律的测量和研究，同时用透明有机玻璃板做挡墙，可以近距离地很清晰地观察散粒体的流动， 同时由于有刻度线的存在，可以实验效果更加明了。

2、卸料机构包括左右对称的两底板，两底板分别与左侧板和右侧板滑动配合，卸料机构 4与漏口相对应，底板的长度与漏口边沿到桌面边缘的长度相同，可以改变筒仓底部卸料机 构中卸料口的尺寸，方便测试不同实验条件下的散粒体流动规律。

3、供料机构具有传送带，传动带分为位于卸料机构下方用于回收散粒体的提升部分，将 提升部分的散粒体转送到水平位置的转运部分，和用于将散粒体水平运输至筒仓主体的水平 运输部分。该供料机构实现了整个装卸料过程的自动化，提高了实验的效率和效果。

4、供料机构中的均匀填料装置使装料过程实现整体均匀装料，且装料速度可调的目的。 滑块在弧形导轨上来回匀速移动，移动速度可以调节，实现筒仓主体上方装料过程的左右均 匀。

附图说明

图1为本发明一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的实验装置的主视结构示意图。

图2为图1所示实验装置的俯视结构示意图。

图3为本发明中筒仓机构的主视结构示意图。

图4为本发明中筒仓机构的左视结构示意图。

图5为本发明筒仓机构中有机玻璃挡墙上的刻度线。

图6为本发明筒仓机构中有机玻璃挡墙上的应变片。

图7为本发明支撑机构的主视结构示意图。

图8为本发明支撑机构的仰视结构示意图。

图9为本发明总装结构示意图。

图10为本发明供料机构的结构示意图。

图11为供料机构中均匀填料装置的主视结构示意图。

图12为供料机构中均匀填料装置的左视结构示意图。

其中，1-筒仓主体，2-支撑机构，3-供料机构，4-卸料机构，5-漏斗，6-正有机玻璃挡 墙，7-右侧板，8-切割槽Ⅱ，9-切割槽Ⅰ，10-刻度线Ⅰ，11-应变片，12-三角支撑板，13- 桌腿，14-桌面，15-漏口，16-漏口开关，17-刻度线Ⅱ，18-传送带，19-均匀填料装置，20- 提升部分，21-转运部分，22-水平运输部分，23-旋转圆筒，24-弧形导轨，25-滑块，26-倾 斜缓冲平板，27-限位板，28-固定端，29-移动端。

具体实施方式

如图所示一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的实验装置，具有支撑机构2，设置在 支撑机构2上的筒仓主体1，和用于向筒仓主体1供应散粒体的供应机构3；筒仓主体1、支 撑机构2和供应机构3三部分是可以自由分离开来的。筒仓主体1由位于前后的正有机玻璃 挡墙6和后有机玻璃挡墙，位于两侧的左侧板和右侧板7，位于底部的卸料机构4组成，左 侧板和右侧板7的内侧壁的两侧分别设有用于安装正有机玻璃挡墙6和后有机玻璃挡墙的切 割槽Ⅰ9，卸料机构4包括左右对称的两底板，两底板分别与左侧板和右侧板7滑动配合，左 侧板和右侧板7的下方设有切割槽Ⅱ8，切割槽Ⅱ8的宽度与底板的宽度相匹配，底板与切割 槽Ⅱ8配合与左侧板/右侧板7滑动连接。正有机玻璃挡墙6设有刻度线Ⅰ10，后有机玻璃挡 墙设有用于监测散粒体流动过程中有机玻璃挡墙上各点所受压力变化的应变片11，相邻刻度 线Ⅰ10的间距为50mm，相邻应变片11的间距为90mm，正有机玻璃挡墙6和后有机玻璃挡墙 均为透明有机玻璃板。筒仓主体1的顶端设有漏斗5。

支撑机构2包括桌面14，用支撑桌面14的桌腿13，设置在桌面14上用于支撑正有机玻 璃挡墙6和后有机玻璃挡墙的三角支撑板12，桌面14上设置有漏口15，筒仓主体1底部的 卸料机构4与漏口15相对应，优选地，为方便设置卸料口尺寸，底板长度与桌面漏口边沿到 桌面边界的距离相当。桌面14下方与漏口15相对应的位置设有漏口开关16，漏口开关16 是一个基于抽屉原理的漏口开关装置，桌面14沿底板方向设有刻度线Ⅱ17，配合筒仓底部卸 料机构中底板的使用，通过调节刻度值来实现卸料口的尺寸变化。

供料机构3具有传送带18，传动带18分为位于卸料机构4下方用于回收散粒体的提升 部分20，将提升部分20的散粒体转送到水平位置的转运部分21，和用于将散粒体水平运输 至筒仓主体1的水平运输部分22。供料机构3还包括均匀填料装置19，所述均匀填料装置 19包括位于筒仓主体1上部的倾斜缓冲平板26，倾斜缓冲平板26的顶端设有弧形导轨24， 倾斜缓冲平板26的两侧设有限位板27，倾斜缓冲平板26的上方设有旋转圆筒23，旋转圆筒 23的上部为接收散粒体入口的固定端28，旋转圆筒的下部为输出散粒体出口的移动端29， 旋转圆筒23的下部装有可调节速度的滑块25，滑块25与弧形导轨24活动连接，移动端29 与滑块25固定在一起，随滑块25一起移动，滑块25可以在弧形滑轨24上来回匀速移动， 移动速度可以调节，以实现装料过程的左右均匀。倾斜缓冲平板26的宽度与有机玻璃挡墙的 宽度一致。实验时按照以下步骤进行组装：首先将筒仓主体1、支撑机构2和供应机构3的 三部分分别进行安装；关闭支撑机构中的漏口开关16以堵住桌面的漏口15。安装筒仓主体1， 先安装底部卸料结构4，通过刻度线Ⅱ17调节好卸料口的尺寸，然后安装其余部分，最后装 配供料机构。

一种用于测量散粒体在筒仓中流动规律的试验方法，

具体的操作步骤如下：

(1)关闭漏口开关16以堵住桌面的漏口15；

(2)初始装料，手动装料至一定高度，保证散体流动过程中筒仓上部出现整体流动，由于 需要预留出传送带部分的体积，所以在此基础上要多加入一些料；

(3)连接应变片11，开始监测后有机玻璃挡墙上的压力变化；

(4)启动供料机构3，打开筒仓主体1底部的卸料机构4开始卸料，流出的散粒体通过供 料机构3传输回筒仓主体1中，实现循环；

(5)打开漏口开关16开始卸料，流出的散体通过自动装卸料装置3流回筒仓1中，实现 循环；

(6)待循环稳定，在正有机玻璃挡墙6上绘出卸料过程中的散粒体移动带范围。