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专利名称：一种用于散体材料滑动角的箱式测定装置及其测定方法
技术领域：
本发明涉及精密测量领域，具体来说，是一种用于散体材料滑动角的箱式测定装置及其测定方法，可用来测量散体材料滑动后产生的倾斜角(滑动角)，观察散体材料流动破坏时局部与整体的运动趋势。
背景技术：
目前有许多散体材料天然休止角和滑动角的测量装置，其中，休止角是指在重力场中，散体材料堆积体的自由表面处于平衡的极限状态时自由表面与水平面之间的角度， 其略小于滑坡开始滑动的滑动角；滑动角是任何松散物质(如土壤或岩屑)开始滑动的最小斜坡角(从水平面起量)。如专利号为ZL20071007141. 6的砂类土静态休止角测定仪与专利为 ZL20092015880. 4的沙丘沙休止角快速测试仪装置。但是，前者在测量散体材的滑动角时， 装置整体性不强，结构暴露在外，调节倾斜角度时，角度变化非常不均勻，不方便直观掌控， 且测量范围十分有限。后者在固定漏斗法测量休止角时，其他因素有一定干扰，尤其跌落冲量对结果影响较大。且目前的测量装置多为手动，不能实现非常缓慢的调节，并且无整体性强，方便快捷的读数方式。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提出一种用于散体材料的滑动角箱式测定装置及其测定方法。本发明一种用于散体材料滑动角的箱式测定装置，包括外部壳体、内部箱体、托板、底座与升降机构；其中，外部壳体为竖直矩形筒状结构，安装在底座上。外部壳体的一个侧面内壁安装有托板挡板，外部壳体内水平设置有托板，托板通过托板转轴轴接在托板挡板所在侧面相邻的两个侧面内壁间，托板挡板所在侧面相邻的两个侧面上至少开有一个观察口，由此可通过观察口传对外部壳体内进行观察。所述托板转轴与托板挡板所在侧面相邻的两个侧面垂直。处于水平状态的托板与托板挡板搭接，通过托板挡板对托板限位。所述托板转轴靠近与托板挡板所在侧面相对的侧面；托板上固定安装有挡板，挡板与托板垂直，且与托板挡板所在侧面平行。所述内部箱体为底面封闭的矩形筒状结构，放置在托板上，位于挡板与支撑板所在侧面之间。内部箱体采用透明材料制成。内部箱体内底面上竖直安装有隔板A与隔板 B。所述隔板A与隔板B相互平行，且均与内部箱体侧面平行。隔板A与隔板B的两竖直侧边与内部箱体相对两侧面固连。隔板A的高度大于隔板B的高度，且均小于内部箱体的高度。隔板A到支撑板所在侧面内壁的距离小于隔板B到支撑板所在外部壳体的侧面内壁的距离。所述升降机构包括托架转动轴承、电机安装座、电机、丝杠、丝杠连接架与控制器；其中，外部壳体两侧面间轴接有托架转动轴承，托架转动轴承上固定安装有电机安装座，电 机安装座上安装有电机，所述电机为直线电机。丝杠的一端与丝杠连接架轴接，丝杠连接架 与托板底部固连，位于挡板与支撑板所在侧面之间；丝杠的另一端与电机的输出端螺纹连 接，或穿过电机的输出端以及电机安装座。底座上安装有控制器，用来控制电机工作。所述底座边缘处周向均勻安装有至少3个调平螺丝，通过旋钮调平螺丝的高度可 保证外部壳体的水平。基于上述用于散体材料的滑动角箱式測定装置的測定方法，通过四个步骤来实 现步骤ー通过调平螺丝调整外部壳体底面水平；步骤ニ 在内部箱体内放入散体材料；步骤三改变内部箱体倾角；启动控制器，控制直线电机工作，带动丝杠直线运动，通过丝杠与丝杠连接架相配 合，使托板抬起。此时内部箱体倾角发生改变，散体材料由隔板A相邻的内部箱体侧壁与隔 板A间的空间中溢出，进入到隔板A与隔板B以及隔板B与隔板B相邻的内部箱体侧壁的 空间中。步骤四測量散体材料滑动角大小。通过角度尺，将角度尺的一侧与托板平行，另ー侧与散体材料滑动后产生的倾斜 面平行，读取角度尺数据。本发明的优点在干(1)本发明可同时进行水平调节，倾斜角度调节，角度测量的工作，且外部箱体采 用一体化设计，可有效防止其他因素的干扰；(2)本发明操作简便，通过在内部箱体内安装有不同高度的隔板，使托板在转动过 程中，内部箱体内的被测散体材料可发生多次滑动，方便操作者在一次过程中，采取多次滑 动角测量；(3)本发明通过电机的精确控制，可实现多速度，多角度，多模式的提升方案，十分 快捷的测量散体材料的滑动角。


图1为本发明装置整体结构示意图；图2为本发明装置结构剖视图；图3为本发明装置进行实验中的结构剖视图；图4为本发明装置中丝杠与丝杠支架的连接局部放大图；图5为本发明装置中丝杠与电机的连接示意图；图6为本发明測定方法流程图；图7为本发明中測量散体材料滑动角时角度尺位置示意图。图中1-外部壳体2-内部箱体3-托板4-底座5-升降机构6-角度尺101-观察ロ201-隔板A202-隔板B301-托板转轴302-托板挡板 303-挡板
401-调平螺501-托架转动轴承 502-电机安装座 503-电机504-丝杠505-丝杠连接架 506-控制器
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。本发明一种用于散体材料滑动角的箱式测定装置，包括外部壳体1、内部箱体2、 托板3、底座4与升降机构5，如图1、图2所示。其中，外部壳体1为底部封闭的矩形筒状结构，外部壳体1前方与后方的侧面上方对称开有矩形观察口 101，观察口 101的左侧边、右侧边以及顶边靠近所在侧面的左侧边、 右侧边与顶边，且观察口 101处通过透明玻璃或塑料密封，由此可通过观察口 101传对外部壳体1内进行观察。外部壳体1内水平设置有与外部壳体内侧水平截面大小相等托板3，托板3通过托板转轴301轴接在外部壳体1前方与后方的侧面间，托板转轴301靠近外部壳体1的左侧面，与外部壳体1的前侧面与后侧面垂直，且位于观察口 101底边所在的水平面下方。由此托板3可随托板转轴301的转动而在外部壳体1内部转动。在外部壳体1的右侧面上安装有托板挡板302，处于水平状态时的托板3与托板挡板302搭接，通过托板挡板 302来对处于水平状态时的托板3限位支撑，使托板3不会继续向右转动。在上述结构中， 处于水平状态的托板3与观察口 101底边所在的水平面共面。托板3上安装有挡板303，挡板303与托板3垂直，且与外部壳体1的左侧边平行。所述内部箱体2为矩形结构，采用透明玻璃或塑料制成，放置在托板3上，位于挡板303与内部箱体2右侧面之间。内部箱体2内竖直安装有隔板A201与隔板B202，隔板 A201与隔板B202的竖直侧边分别与内部箱体2相对两侧面相连，且隔板A201的高度大于隔板B202的高度。隔板A201与隔板B202位于内部箱体2底面上，与内部箱体2左侧面与右侧面平行的两条三等分线上。隔板A201与外部壳体1右侧面内壁的距离小于隔板B202 与外部壳体1右侧面内壁的距离。当托板3抬起时，内部箱体2由于重力作用会在托板3 上向外部壳体1左方滑行，通过托板3上的挡板303来对滑行的内部箱体2限位，如图3所
7J\ ο所述升降机构5包括托架转动轴承501、电机安装座502、电机503、丝杠504、丝杠连接架505与控制器506。其中，外部壳体1前方与后方的侧面上轴接有托架转动轴承501， 托架转动轴承501与托板转轴301平行。托架转动轴承501上固定安装有电机安装座502， 电机安装座502可随托架转动轴承501的转动而转动。电机安装座502上安装有电机503， 所述电机503为直线电机。电机503的输出端与丝杠504 —端螺纹连接，丝杠504的另一端与丝杠连接架505轴接，通过丝杠连接架505可使限制丝杠504在轴向上的转动，使丝杠 504可随电机503输出端的转动做直线运动；丝杠连接架505靠近外部壳体1右侧面，且与托板3底部固连。控制器安装在底面上，用来驱动直线电机工作，通过直线电机带动丝杠运动由此通过丝杠504的直线运动使托板3向上抬起或向下放平。在托板3抬起时，丝杠连接架505会产生向左的位移，通过托架转动轴承501向左转动，带动电机安装座502与电机 503共同向左转动，同时丝杠504也同电机503向左转动，由此可抵消丝杠连接架505产生的左向位移。所述丝杠连接架505为由两根侧杆50 与底杆50 组成的“U”型框架，两根侧杆50 与托板3底部垂直连接，底杆50 与托板3平行，且轴接有丝杠504，如图4所示，通过底杆可使限制丝杠在轴向上的转动。丝杠504的长度根据托板3所需要倾斜的角度来确定，若托板3需要倾斜的角度较大时，则需要较长的丝杠504，由此丝杠504与电机3 的输出端螺纹连接一端可穿过电机安装座502向下延伸，如图5所示。所述底座4边缘处周向均勻安装有至少3个调平螺丝401，通过旋钮调平螺丝401 的高度可保证外部壳体的水平。本发明还提出一种基于上述的测定装置的测定方法，通过以下四个步骤来实现， 如图6所示步骤一调整外部壳体1底面水平；通过调平螺丝401对外部壳体1进行调节，通过角度尺进行水平测量，直到角度尺的气泡居中。步骤二 在内部箱体2中放入待测散体材料；在内部箱体2内的隔板A201与内部箱体2右侧壁间的空间中放入待测散体材料， 使散体材料呈自然堆积状态。可跟据实验的需要来确定散体材料放入内部箱体2中的位置。步骤三根据测量的需要，改变内部箱体2倾角；启动控制器506，通过控制器506控制电机503工作使丝杠504直线运动，通过丝杠504与丝杠连接架505相配合，使托板3右端抬起；此时内部箱体2倾角发生改变，散体材料由隔板A201与内部箱体2右侧壁间的空间中溢出，进入到隔板A201与隔板B202间的空间中，隔板A201与隔板B202间的空间中的散体材料可继续溢出，进入到隔板B202与内部箱体2左侧壁间的空间中。步骤四测量散体材料滑动角大小；将角度尺6的一侧与托板3平行，另一侧与散体材料滑动后产生的倾斜面平行，此时角度尺6上显示数字即为散体材料的滑动角大小。
权利要求
1.一种用于散体材料滑动角的箱式测定装置，其特征在于包括外部壳体、内部箱体、 托板、底座与升降机构；其中，外部壳体为竖直矩形筒状结构，安装在底座上；外部壳体的一个侧面内壁安装有托板挡板，外部壳体内水平设置有托板，托板通过托板转轴轴接在托板挡板所在侧面相邻的两个侧面内壁间，托板挡板所在侧面相邻的两个侧面上至少开有一个观察口 ；所述托板转轴与托板挡板所在侧面相邻的两个侧面垂直；处于水平状态的托板与托板挡板搭接，通过托板挡板对托板限位；所述托板转轴靠近与托板挡板所在侧面相对的侧面；托板上固定安装有挡板，挡板与托板垂直，且与托板挡板所在侧面平行；所述内部箱体为底面封闭的矩形筒状结构，放置在挡板与托板挡板所在侧面之间的托板上；内部箱体采用透明材料制成；内部箱体底面内表面上竖直安装有隔板A与隔板B;所述隔板A与隔板B相互平行，且均与内部箱体侧面平行；隔板A与隔板B的两竖直侧边与内部箱体相对两侧面固连；隔板A的高度大于隔板B的高度，且均小于内部箱体的高度；隔板A到托板挡板所在侧面内壁的距离小于隔板B到托板挡板所在外部壳体的侧面内壁的距 1 ；所述升降机构包括托架转动轴承、电机安装座、电机、丝杠、丝杠连接架与控制器；其中，外部壳体两侧面间轴接有托架转动轴承，所述托架转动轴承与托板转轴平行；托架转动轴承上固定安装有电机安装座，电机安装座上安装有电机，所述电机为直线电机；丝杠的一端与丝杠连接架轴接，丝杠连接架与托板底部固连，位于挡板与托板挡板所在侧面之间；丝杠的另一端与电机的输出端螺纹连接，或穿过电机的输出端以及电机安装座；底座上安装有控制器，用来控制电机工作；所述底座边缘处周向均勻安装有至少3个调平螺丝。
2.如权利要求1所述一种用于散体材料滑动角的箱式测定装置，其特征在于所述丝杠连接架为由两根侧杆与底杆组成的“U”型框架，两根侧杆与托板底部垂直连接，底杆与托板平行，且轴接有丝杠。
3.基于权利要求1所述的一种用于散体材料滑动角的箱式测定装置的测定方法，通过四个步骤来实现步骤一通过调平螺丝调整外部壳体底面水平；步骤二 在内部箱体内放入散体材料；步骤三改变内部箱体倾角；启动控制器，控制直线电机工作，带动丝杠直线运动，通过丝杠与丝杠连接架相配合， 使托板抬起；此时内部箱体倾角发生改变，散体材料由隔板A相邻的内部箱体侧壁与隔板A 间的空间中溢出，进入到隔板A与隔板B以及隔板B与隔板B相邻的内部箱体侧壁的空间中；步骤四测量散体材料滑动角大小；通过角度尺，将角度尺的一侧与托板平行，另一侧与散体材料滑动后产生的倾斜面平行，读取角度尺数据。
全文摘要
本发明公开一种用于散体材料滑动角的箱式测定装置及其测定方法，属于精密测量领域，包括外部壳体、内部箱体、托板、底座与升降机构。外部壳体内部设置有可转动托板，托板的转动通过在底座与托板间设置的升降机构控制，内部箱体内设置有隔板，内部箱体放置在托板上，通过托板的转动改变内部箱体的倾角，使内部箱体内的被测散体材料产生滑动角，通过角度尺即可对被测散体材料的休止角进行测量。本发明快捷实用、可直接读取滑动角度数，结构简单，经济实用。本发明操作简便，可同时进行水平调节，倾斜角度调节，角度测量的工作；可实现多速度，多角度，多模式的提升方案，十分快捷的测量散体材料的滑动角。
文档编号G01B5/24GK102288095SQ20111012429
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者冯辰, 崔古月, 康凯, 高政国 申请人:北京航空航天大学