一种准确测量振实密度的自动装置及方法与流程

1.本发明属于新能源材料测量技术领域，尤其涉及一种准确测量振实密度的自动装置及方法。


背景技术：

2.新能源和新材料已经成为世界各国重点发展的产业，新能源材料中以粉末状物质居多，多数需要测量其振实密度，以判断材料的性能是否达标，常规粉末振实密度的测量方法以国家标准gb/t21354-2008、gb/t5162-2006和gb/t24533-2019中涉及的方法为主：使用振实机将容器中规定质量的粉末振实，直到粉末的体积不再减少为止，粉末的质量除以振实体积，可以间接测量得到振实密度。
3.此方法依靠冲击惯性将粉末振实，玻璃量筒内的粉末振实后，上表面凸凹不平，造成粉末振实体积读数不准确，精确到1ml范围内的振实体积读取需要靠估读，存在一定偏差，故振实密度也无法通过间接测量准确计算得出。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种准确测量振实密度的自动装置及方法，以解决目前粉末材料振实后上表面凸凹不平，振实体积无法精确读取，振实密度无法通过间接测量准确计算得出的问题。本发明所采用的技术方案如下：
5.一种准确测量振实密度的自动装置，包括测量装置和刮尺机构，测量装置包括计量秤、样品杯、振实密度仪、电磁铁、套筒；刮尺机构包括刮尺气缸和刮尺；电磁铁与振实密度仪的工作端连接，套筒、样品杯和电磁铁依次由上至下可拆卸连接，套筒和样品杯之间通过密封圈密封，刮尺由上层板、中层板和下层板自上至下依次通过刮尺铰接轴铰接相连组成，两个刮尺铰接轴分别位于刮尺厚度的两侧，两个刮尺铰接轴上分别套设有扭力弹簧，上层板下端面和中层板上端面通过铰接转动可相抵配合限位，中层板下端面和下层板上端面通过铰接转动可相抵配合限位，刮尺气缸水平设置，上层板与刮尺气缸的气缸杆连接，下层板下沿低于样品杯上沿且与样品杯上沿相抵近，拆卸套筒后通过刮尺气缸气缸杆的伸缩，刮尺沿样品杯上沿往复滑动。
6.进一步的，套筒和样品杯通过碰珠锁连接。
7.进一步的，样品杯为铁素体不锈钢样品杯或马氏体不锈钢样品杯。
8.进一步的，样品杯为两种规格，样品杯的容纳空间为圆柱体空间，圆柱体空间截面直径为36mm，圆柱体空间高度为45mm或20mm。
9.进一步的，测量装置设置在隔尘箱内，隔尘箱包括隔尘箱体和隔尘箱盖，隔尘箱盖安装在隔尘箱体上并可以开启或封闭隔尘箱体，隔尘箱为中空腔体，隔尘箱内设有隔板，隔板将中空腔体分割为上部和下部，振实密度仪设置在隔板上，刮尺气缸设置在上部侧壁上，隔尘箱上部设有若干喷气管，若干喷气管的辐射区包含计量秤、振实密度仪和隔板，隔板设有吸尘孔，吸尘孔将隔尘箱的上部和下部连通，吸尘孔设置在喷气管的延伸方向上，隔尘箱
上部设有空气过滤器，隔尘箱下部与负压抽吸机连通。
10.进一步的，推杆气缸水平设置在隔尘箱上部的侧壁上，推杆气缸的气缸杆上设有样品杯顶块，推杆气缸的气缸杆朝向样品杯重心，计量秤设置在推杆气缸和样品杯的延伸方向上，计量秤与电磁铁相抵近，计量秤的工作面与电磁铁的工作面齐平。
11.进一步的，计量秤包括依次电联接的称重模块、计算模块和显示模块。
12.进一步的，夹持机构的提升气缸竖直设置在隔尘箱上，夹持机构的两个夹持臂相配合的设置在套筒外周，夹持机构包括底板、提升气缸、抓取气缸、夹臂顶块、两个连杆和两个夹持臂，提升气缸的气缸杆与底板连接，夹持臂为弧形，两个夹持臂的一端同轴铰接在底板上，抓取气缸水平设于底板上且气缸杆朝向两个夹持臂的铰接轴，抓取气缸的气缸杆连接顶块，两个连杆的一端同轴铰接于夹臂顶块，且连杆的铰接轴轴心线与夹持臂的铰接轴轴心线平行，两个连杆的另一端分别一一对应与两个夹持臂中部铰接。
13.进一步的，喷气管上设有电动阀，推杆气缸、提升气缸、抓取气缸和刮尺气缸的气管上分别设有电磁换向阀，振实密度仪的电路上设有定时器，电磁铁的电路上设有定时器，定时器、电动阀和电磁换向阀通过plc控制。
14.本发明还提供了一种准确测量振实密度的方法，采用了上述一种准确测量振实密度的自动装置完成操作过程，包括如下步骤：
15.步骤1：将测量粉末的松装密度定义为ρ0；
16.当ρ0＞1g/ml时，选用容纳高度为45mm的样品杯，与套筒连接后，称取试验粉末量100
±
0.5g装入样品杯；
17.当0.5g/ml≤ρ0≤1g/ml时，选用容纳高度为45mm的样品杯，与套筒连接后，称取试验粉末量50
±
0.2g装入样品杯；
18.当ρ0＜0.5g/ml时，选用容纳高度为20mm的样品杯，与套筒连接后，称取试验粉末量20
±
0.1g装入样品杯；
19.步骤2：启动电磁铁，将样品杯置于电磁铁上，设定振实密度仪振幅为3mm，频率为100～300次/分钟，控制振实密度仪振动时间为10分钟；
20.步骤3：控制抓取气缸的气缸杆伸出，带动两夹持臂对套筒夹持；
21.步骤4：控制提升气缸的气缸杆向上运动，使夹持臂夹持套筒脱离样品杯；
22.步骤5：控制刮板气缸的气缸杆往复运动，使刮尺下沿沿样品杯上沿往复滑动，至粉末上表面与样品杯上沿齐平为止；
23.步骤6：开启喷气管上的电动阀，使喷气管喷出压缩空气，将刮尺刮下来的粉末吹向吸尘孔并落入隔尘箱下部；
24.步骤7：启动负压抽吸机10将下部15的粉末抽吸回收；
25.步骤8：控制推杆气缸的气缸杆伸出，将样品杯推至计量秤上；
26.步骤9：计量秤的称重模块称取样品杯及振实粉末的整体质量m，并将数据发送至计算模块，计算模块预设两种样品杯的质量分别为m大和m小，预设两种样品杯的容积为v大和v小，通过密度公式计算，将实际称重整体质量m和两种样品杯的质量及容积分别代入密度公式，得到两种振实密度分别是和将两种计算结果一同显示模块显示，由操作者判断选择需要的计算结果。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
28.1、使用固定容积的样品杯和上端套接的套筒装填粉末材料振实，再将套筒取下，用刮尺沿样品杯上沿将高出样品杯上沿的粉末刮掉，刮尺为三层板依次铰接组成，两个铰接轴分别位于刮尺厚度的两侧，两个铰接轴上分别套设有扭力弹簧，两扭力弹簧对刮尺施加的扭矩方向相反，而刮尺的任意两层之间都设有限位面以限制刮尺转动，使刮尺随刮尺气缸移动时，刮尺下沿遇到任意方向的阻力，刮尺下沿都可以发生转动，因为刮尺下沿低于样品杯上沿，刮尺从任意一侧抵靠到样品杯时，刮尺下沿都可以由于阻挡发生转动，直到转动至样品杯上沿高度时，下层板继续随上层板移动，因扭力弹簧对刮尺产生了扭转预紧力，使下层板在样品杯上沿滑动时，始终产生向下的分力，该分力可使下层板紧压样品杯上沿滑动，产生了刮动的效果，可以最大精度的将高出样品杯的粉末材料刮掉，样品杯中所剩的粉末体积等于样品杯的固定容积，样品杯的质量可以精确测得，样品杯和杯内所剩振实粉末的整体质量也可以精确测得，通过密度计算公式，粉末材料的振实密度可以通过间接测量精确得出。
29.2、振实及测量过程在隔尘箱内完成，刮尺刮掉的粉末通过喷气管吹入隔尘箱下部，再通过负压抽吸机吸走回收，整个过程粉末处于独立的空间，不会对环境造成污染。
30.3、粉末的振实过程和测量过程采用plc控制，从样品装入隔尘箱至得出振实密度，全程实现自动控制。
附图说明
31.图1是本发明的结构示意图；
32.图2是本发明除负压抽吸机外的结构示意图；
33.图3是刮尺机构示意图；
34.图4是刮尺气缸杆伸出时，刮尺与样品杯配合示意图；
35.图5是刮尺气缸杆缩回时，刮尺与样品杯配合示意图；
36.图6是隔尘箱示意图；
37.图7是推杆气缸、样品杯及计量秤局部安装配合图；
38.图8是夹持机构示意图；
39.图中：1-隔尘箱、11-隔尘箱体、12-隔尘箱盖、13-隔板、14-吸尘孔、15-下部、16-喷气管、17-上部、18-空气过滤器、2-套筒、3-刮尺机构、31-刮尺气缸、32-上层板、33-扭力弹簧、34-刮尺铰接轴、35-下层板、36-中层板、4-推杆气缸、41-样品杯顶块、5-样品杯、6-电磁铁、7-振实密度仪、8-计量秤、9-夹持机构、91-提升气缸、92-底板、93-夹臂顶块、94-夹持臂、95-连杆、96-抓取气缸、10-负压抽吸机。
具体实施方式
40.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
41.本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连
接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺栓连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认可在现有连接方式中找到至少一种连接方式实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择螺栓连接。
42.以下将结合附图，对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例。
43.实施例一：如图所示，一种准确测量振实密度的自动装置，包括测量装置和刮尺机构3，测量装置包括计量秤8、振实密度仪7、电磁铁6、样品杯5和套筒2；刮尺机构包括刮尺气缸31和刮尺；电磁铁6与振实密度仪7的工作端连接，套筒2、样品杯5和电磁铁6依次由上至下可拆卸连接，套筒2和样品杯5之间通过密封圈密封，刮尺由上层板32、中层板36和下层板35自上至下依次通过刮尺铰接轴34铰接相连组成，两个刮尺铰接轴34分别位于刮尺厚度的两侧，两个刮尺铰接轴34上分别套设有扭力弹簧33，上层板32下端面和中层板36上端面通过铰接转动可相抵配合限位，中层板36下端面和下层板35上端面通过铰接转动可相抵配合限位，刮尺气缸31水平设置，上层板32与刮尺气缸31的气缸杆连接，下层板35下沿低于样品杯5上沿且与样品杯5上沿相抵近，拆卸套筒2后通过刮尺气缸31气缸杆的伸缩，刮尺沿样品杯5上沿往复滑动，两扭力弹簧33对刮尺施加的扭矩方向相反，而刮尺的任意两层之间都设有限位面以限制刮尺因扭力弹簧作用而转动，使刮尺的三层板在不受另外施力的情况下保持竖直齐平，而刮尺随刮尺气缸31移动时，刮尺下沿遇到任意方向的阻力，刮尺下沿都可以发生转动，故当刮尺下沿低于样品杯5上沿，刮尺从任意一侧抵靠到样品杯5时，刮尺下沿都可以由于阻挡发生转动，直到转动至样品杯5上沿高度时，下层板35继续随上层板32移动，因扭力弹簧33对刮尺产生了扭转预紧力，使下层板35在样品杯5上沿滑动时，始终产生向下的分力，该分力可使下层板35紧压样品杯5上沿滑动，产生了刮动的效果，可以最大精度的将高出样品杯5的粉末材料刮掉，样品杯5中所剩的粉末体积等于样品杯5的固定容积，样品杯5的质量可以精确测得，样品杯5和杯内所剩振实粉末的整体质量也可以精确测得，通过密度计算公式，粉末材料的振实密度可以通过间接测量精确得出。
44.套筒2和样品杯5通过碰珠锁连接，使套筒和样品杯可以快速连接和分离，且仅需要竖直方向的力。
45.样品杯5为铁素体不锈钢样品杯或马氏体不锈钢样品杯，铁素体不锈钢或马氏体不锈钢可与磁铁相吸，铁素体不锈钢样品杯或马氏体不锈钢样品杯可以快速与电磁铁连接和分离。
46.样品杯5为两种规格，样品杯5的容纳空间为圆柱体空间，圆柱体空间截面直径为36mm，圆柱体空间高度为45mm或20mm，如此设置可符合国家标准gb/t21354-2008、gb/t5162-2006和gb/t24533-2019中对粉末振实密度测量的规定。
47.测量装置设置在隔尘箱1内，隔尘箱1包括隔尘箱体11和隔尘箱盖12，隔尘箱盖12安装在隔尘箱体11上并可以开启或封闭隔尘箱体11，隔尘箱1为中空腔体，隔尘箱1内设有隔板13，隔板13将所述中空腔体分割为上部17和下部15，振实密度仪7设置在隔板13上，刮尺气缸31设置在上部17侧壁上，上部17设有若干喷气管16，若干喷气管16的辐射区包含计量秤8、振实密度仪7和隔板13，隔板13设有吸尘孔14，吸尘孔14将上部17和下部15连通，吸尘孔14设置在喷气管16的延伸方向上，上部17设有空气过滤器18，下部15与负压抽吸机10
连通，振实及测量过程在隔尘箱1内完成，刮尺刮掉的粉末通过喷气管16吹入隔尘箱下部15，再通过负压抽吸机10吸走回收，整个过程粉末处于独立的空间，不会对环境造成污染。
48.推杆气缸4水平设置在隔尘箱1上部的侧壁上，推杆气缸4的气缸杆上设有样品杯顶块41，推杆气缸4的气缸杆朝向样品杯5重心，计量秤8设置在推杆气缸4和样品杯5的延伸方向上，计量秤8与电磁铁6相抵近，计量秤8的工作面与电磁铁6的工作面齐平，通过推杆气缸4将样品杯5推向计量秤8称重，减少了开启隔尘箱1人工操作的过程。
49.计量秤8包括依次电联接的称重模块、计算模块和显示模块，称重模块获取重物质量数据并传输向计算模块，计算模块计算好结果后通过显示模块显示。
50.夹持机构9的提升气缸91竖直设置在隔尘箱1上，夹持机构9的两个夹持臂94相配合的设置在套筒2外周，夹持机构9包括底板92、提升气缸91、抓取气缸96、夹臂顶块93、两个连杆95和两个夹持臂94，提升气缸91的气缸杆与底板92连接，夹持臂94为弧形，两个夹持臂94的一端同轴铰接在底板92上，抓取气缸96水平设于底板92上且气缸杆朝向两个夹持臂94的铰接轴，抓取气缸96的气缸杆连接夹臂顶块93，两个连杆95的一端同轴铰接于夹臂顶块93，且两个连杆95的铰接轴轴心线与两个夹持臂94的铰接轴轴心线平行，两个连杆95的另一端分别一一对应与两个夹持臂94中部铰接，通过抓取气缸96气缸杆的伸出，带动两夹持臂94绕铰接轴对向转动，可实现对套筒2的抓取，通过提升气缸91气缸杆的伸缩，可带动筒体2脱离样品杯5。
51.喷气管16上设有电动阀，推杆气缸4、提升气缸91、抓取气缸96和刮尺气缸31的气管上分别设有电磁换向阀，振实密度仪7的电路上设有定时器，电磁振动器5的电路上设有定时器，定时器、电动阀和电磁换向阀通过plc控制。
52.实施例二：一种准确测量振实密度的方法，采用实施例一中所述的一种准确测量振实密度的自动装置完成操作过程，包括如下步骤：
53.步骤1：将测量粉末的松装密度定义为ρ0；
54.当ρ0＞1g/ml时，选用容纳高度为45mm的样品杯，与套筒3连接后，称取试验粉末量100
±
0.5g装入样品杯；
55.当0.5g/ml≤ρ0≤1g/ml时，选用容纳高度为45mm的样品杯，与套筒3连接后，称取试验粉末量50
±
0.2g装入样品杯；
56.当ρ0＜0.5g/ml时，选用容纳高度为20mm的样品杯，与套筒3连接后，称取试验粉末量20
±
0.1g装入样品杯；
57.步骤2：启动电磁铁6，将样品杯5置于电磁铁6上，设定振实密度仪7振幅为3mm，频率为100～300次/分钟，控制振实密度仪7振动时间为10分钟；
58.步骤3：控制抓取气缸96的气缸杆伸出，带动两夹持臂94对套筒2夹持；
59.步骤4：控制提升气缸91的气缸杆向上运动，使夹持臂94夹持套筒2脱离样品杯5；
60.步骤5：控制刮板气缸31的气缸杆往复运动，使刮尺下沿沿样品杯5上沿往复滑动，至粉末上表面与样品杯5上沿齐平为止；
61.步骤6：开启喷气管16上的电动阀，使若干喷气管16喷出压缩空气，将刮尺刮下来的粉末吹向吸尘孔14并落入隔尘箱下部15；
62.步骤7：启动负压抽吸机10将下部15的粉末抽吸回收；
63.步骤8：控制推杆气缸4的气缸杆伸出，将样品杯5推至计量秤8上；
64.步骤9：计量秤8的称重模块称取样品杯及振实粉末的整体质量m，并将数据发送至计算模块，计算模块预设两种样品杯的质量数值分别为m大和m小，预设两种样品杯的容积数值为v大和v小，通过密度公式计算，将实际称重整体质量m和两种样品杯的质量及容积分别代入密度公式，得到两种振实密度分别是和将两种计算结果一同显示模块显示，由操作者判断选择需要的计算结果。
65.以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。