一种不规则颗粒的滑动摩擦系数的测量装置及方法

1.本发明涉及摩擦系数测量技术领域，尤其涉及一种不规则颗粒的滑动摩擦系数的测量装置及方法。


背景技术：

2.滑动摩擦力是一个物体在另一个物体表面产生滑动时的摩擦力，可以用滑动摩擦系数来表示两物体之间摩擦力的大小。滑动摩擦系数与物体表面粗糙度有关，与接触面积大小无关。在颗粒流中，颗粒与颗粒之间、颗粒与边界之间的滑动摩擦系数需要从实验中获得，而不规则颗粒之间、不规则颗粒与接触材料的滑动摩擦系数更是难以精准测量。在颗粒流的仿真模拟中，颗粒与颗粒、颗粒与边界的碰撞特性决定了颗粒的运动特性，在颗粒流仿真参数的设置中，颗粒与颗粒、颗粒与边界的滑动摩擦系数至关重要，滑动摩擦系数的准确性直接决定了颗粒的运动特性，从而决定了仿真与实验之间的误差。
3.对于球形颗粒滑动摩擦系数的测量已经有了较为完备的测量装置，但对于不规则颗粒滑动摩擦系数的测量装置却尚未成熟。而自然界中大多数物质都为不规则颗粒，所以对不规则颗粒的滑动摩擦系数的测量尤为重要。此外对于颗粒滑动摩擦系数的测量，已有的装置倾斜板的角度调节速度不稳定，倾斜角度需手动测量，从而导致颗粒滑动之后所得到的倾斜角度不精确，有较大误差，且测量步骤繁琐。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种不规则颗粒滑动摩擦系数的测量装置。测量装置可以实现平稳地调节倾斜板的倾斜角度，精准地测量倾斜板的倾斜角度，解决现有装置测量颗粒滑动摩擦系数时，倾斜角度存在微调节误差大等问题。
5.本发明的另一目的在于提供基于上述不规则颗粒滑动摩擦系数的测量装置的测量滑动摩擦系数方法。
6.本发明的目的通过以下技术方案实现：
7.一种不规则颗粒的滑动摩擦系数的测量装置，包括：
8.led光源，安装在所述测量装置左侧；
9.处理器，安装在所述测量装置右侧；
10.工作台，安装在所述测量装置中间；
11.图像采集装置，安装在所述测量装置工作台的正前方。
12.作为本发明的进一步技术方案，所述工作台包括：
13.整体框架，由铝合金方管组成；
14.倾斜板，安装在所述工作台上固定板的中间位置；
15.t型螺栓螺母，安装在所述工作台上固定角码固定件(2)与铝合金方管整体框架和固定上固定板与工作台铝合金方管整体框架；
16.六角螺栓螺母，安装在所述工作台上固定倾斜板；
17.数显角度仪，安装在所述倾斜板上，通过自带磁铁固定在倾斜板上，底部与倾斜板保持平行；
18.角槽连接件与内置角件，安装在所述工作台上固定工作台整体框架；
19.电控箱，安装在所述工作台底部电动推杆处；
20.手动控制器，安装在所述工作台上与电控箱和电源连接，控制倾斜板的升降；
21.下固定板，安装在所述工作台底部；
22.角码固定件(1)，安装在所述下固定板上；
23.销轴，安装在所述工作台上连接电动推杆与角码固定件(1)；
24.电动推杆，安装在所述倾斜板与下固定板之间；
25.角码固定件(2)，安装在所述工作台上；
26.上固定板，安装在所述工作台顶部表面；
27.转动轴片，安装在所述工作台上连接倾斜板与上固定板；
28.螺丝，安装在所述工作台上固定转动轴片与倾斜板和上固定板。
29.所述的一种不规则颗粒的滑动摩擦系数测量方法，包括以下步骤：
30.s1、启动电源，打开所有装置，将倾斜板角度调整至10度以下；
31.s2、将所测接触材料放置在数显角度仪对面，所测接触材料的薄板的一侧边缘应与倾斜板边缘平行，在倾斜板上用固定夹夹紧所测接触材料；
32.s3、在接触材料上放置不规则颗粒，不规则颗粒平稳放置在接触材料上，等待至颗粒与接触材料相对静止；
33.s4、通过手动控制器控制推杆伸出，带动倾斜板转动，随着倾斜板与水平面角度越来越大，观察不规则颗粒是否滑动；
34.s5、随着倾斜角度增大，倾斜板升高，所放置的不规则颗粒与所测接触材料之间发生相对滑动时，则停止倾斜板运动；
35.s6、记录数显角度仪在不规则颗粒与所测接触材料发生相对滑动时的倾斜角度；
36.s7、重复之前的s1至s6，进行多次试验，每次测量不需更换不规则颗粒；
37.s8、通过所测得的角度α，利用公式μ＝tanα来计算不规则颗粒的滑动摩擦系数μ；
38.s9、将所有测量的角度通过公式计算出滑动摩擦系数，求得平均值，获得最终结果。
39.与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
40.在测量不规则颗粒的滑动摩擦系数时，可以实现倾斜角度的手动控制，精准调节倾斜角度；不需更换不规则颗粒，对不规则颗粒的几何特性不需要做任何处理，通过处理器观察不规则颗粒与接触材料发生相对滑动时数显角度仪的示数，减小误差，缩短试验时间，操作方便；此外通过推杆及倾斜板等部件可以改变倾斜板的倾斜角度(试验时的最大与最小倾斜角度)；同时通过更换接触材料，可以实现不规则颗粒与任何所需接触材料滑动摩擦系数的测量。
附图说明
41.图1是本发明的测量装置结构示意图；
42.图2是本发明的工作台结构示意图；
具体实施方式
43.下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
44.实施例
45.如图1所示的一种不规则颗粒的滑动摩擦系数的测量装置，包括：
46.led光源1，安装在所述测量装置左侧，用于提供光源照亮待检测的不规则颗粒在工作台上的滑动；
47.处理器2，安装在所述测量装置右侧，用于数据信息处理；
48.工作台3，安装在所述测量装置中间，为不规则颗粒的滑动摩擦系数检测的核心部件；
49.图像采集装置4，安装在所述测量装置工作台的正前方，用于采集不规则颗粒在工作台上的滑动。
50.如图2所示，作为本发明一个优选的实施例，所述工作台包括：
51.整体框架301，由四个铝合金方管支柱组成，支柱由角码固定件(2)-313与角槽连接件与内置角件306固定；
52.倾斜板302，安装在所述工作台上固定板的中间位置，通过六角螺栓螺母304固定安装，与下固定板309之间安装有电动推杆312，电动推杆312与倾斜板302、下固定板309之间由角码固定件(1)-310连接；
53.t型螺栓螺母303，安装在所述工作台上固定角码固定件(2)-313与铝合金方管整体框架301和固定上固定板314与工作台铝合金方管整体框架301；
54.六角螺栓螺母304，安装在所述工作台上固定倾斜板302；
55.数显角度仪305，安装在所述倾斜板302上，通过自带磁铁固定在倾斜板302上，且数显角度仪305底部与倾斜板302保持平行；
56.角槽连接件与内置角件306，安装在所述工作台上固定工作台整体框架301；
57.电控箱307，安装在所述工作台底部电动推杆312处，接口与电源、手动控制器308连接，可通过手动控制器308来控制倾斜板302的升降；
58.手动控制器308，安装在所述工作台上与电控箱307和电源连接，控制倾斜板302的升降，控制电动推杆312的运动；
59.下固定板309，安装在所述工作台底部；
60.角码固定件(1)-310，安装在所述下固定板309上，与倾斜板302、下固定板309之间通过六角螺栓螺母304连接，与电动推杆312之间通过销轴311连接；
61.销轴311，安装在所述工作台上连接电动推杆312与角码固定件(1)-310；
62.电动推杆312，安装在所述倾斜板302与下固定板309之间，与角码固定件(1)-310的连接方式通过销轴311连接；
63.角码固定件(2)-313，安装在所述工作台上，固定工作台底部框架；
64.上固定板314，安装在所述工作台顶部表面,上方放置倾斜板302；
65.转动轴片315，安装在所述工作台上连接倾斜板302与上固定板314，与倾斜板302和上固定板314用螺丝316固定，使倾斜板302与上固定板314之间发生相对转动，通过螺丝316连接使转动轴片315与倾斜板302固定；
66.螺丝316，安装在所述工作台上固定转动轴片315与倾斜板302和上固定板314。
67.本实施例所述的一种不规则颗粒的滑动摩擦系数的测量方法，包括以下步骤：
68.s1：启动电源，打开所有装置部件，长按手动控制器的下降按钮，通过手动控制器控制推杆的收缩，推杆收缩进而带动倾斜板的倾斜角度减小，直到数显角度仪上的角度降到10度以下，松开手动控制器按钮，完成倾斜板位置的调试。
69.s2:将所测接触材料放置在数显角度仪对面，所测接触材料的薄板的一侧边缘应与倾斜板边缘平行，在倾斜板上用固定夹夹紧所测接触材料；
70.s3：在接触材料上放置不规则颗粒，不规则颗粒平稳放置在接触材料上，等待至颗粒与接触材料相对静止；
71.s4：打开处理器的图像录制功能开始录制，长按手动控制器上的上升按钮，通过手动控制器控制推杆伸出，推杆的伸出带动倾斜板向上运动，倾斜板通过传动轴带动转动，随着倾斜板与水平面角度越来越大，观察不规则颗粒是否在接触材料表面滑动。
72.s5：当不规则颗粒由于倾斜角度增大，而与接触材料之间发生相对滑动时，停止处理器的图像录制，松开手动控制器的上升按钮，停止倾斜板运动。
73.s6：通过处理器所录制的视频，记录数显角度仪在不规则颗粒与接触材料发生相对滑动时的倾斜角度。
74.s7、重复之前的s1至s6，进行多次试验，每次测量不需更换不规则颗粒。
75.s8、通过所测得的角度α，利用公式μ＝tanα来计算不规则颗粒的滑动摩擦系数μ。
76.s9、将所有测量的角度通过公式计算出滑动摩擦系数，去掉最大值和最小值，其余数据求得平均值，则该值即为不规则颗粒与所测接触材料的滑动摩擦系数。
77.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
78.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。