專利名稱：一種用于散體材料滑動角的箱式測定裝置及其測定方法
技術領域：
本發明涉及精密測量領域，具體來說，是一種用于散體材料滑動角的箱式測定裝置及其測定方法，可用來測量散體材料滑動后產生的傾斜角(滑動角)，觀察散體材料流動破壞時局部與整體的運動趨勢。
背景技術：
目前有許多散體材料天然休止角和滑動角的測量裝置，其中，休止角是指在重力場中，散體材料堆積體的自由表面處于平衡的極限狀態時自由表面與水平面之間的角度， 其略小于滑坡開始滑動的滑動角；滑動角是任何松散物質(如土壤或巖屑)開始滑動的最小斜坡角(從水平面起量)。如專利號為ZL20071007141. 6的砂類土靜態休止角測定儀與專利為 ZL20092015880. 4的沙丘沙休止角快速測試儀裝置。但是，前者在測量散體材的滑動角時， 裝置整體性不強，結構暴露在外，調節傾斜角度時，角度變化非常不均勻，不方便直觀掌控， 且測量范圍十分有限。后者在固定漏斗法測量休止角時，其他因素有一定干擾，尤其跌落沖量對結果影響較大。且目前的測量裝置多為手動，不能實現非常緩慢的調節，并且無整體性強，方便快捷的讀數方式。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足和缺陷，提出一種用于散體材料的滑動角箱式測定裝置及其測定方法。本發明一種用于散體材料滑動角的箱式測定裝置，包括外部殼體、內部箱體、托板、底座與升降機構；其中，外部殼體為豎直矩形筒狀結構，安裝在底座上。外部殼體的一個側面內壁安裝有托板擋板，外部殼體內水平設置有托板，托板通過托板轉軸軸接在托板擋板所在側面相鄰的兩個側面內壁間，托板擋板所在側面相鄰的兩個側面上至少開有一個觀察口，由此可通過觀察口傳對外部殼體內進行觀察。所述托板轉軸與托板擋板所在側面相鄰的兩個側面垂直。處于水平狀態的托板與托板擋板搭接，通過托板擋板對托板限位。所述托板轉軸靠近與托板擋板所在側面相對的側面；托板上固定安裝有擋板，擋板與托板垂直，且與托板擋板所在側面平行。所述內部箱體為底面封閉的矩形筒狀結構，放置在托板上，位于擋板與支撐板所在側面之間。內部箱體采用透明材料制成。內部箱體內底面上豎直安裝有隔板A與隔板 B。所述隔板A與隔板B相互平行，且均與內部箱體側面平行。隔板A與隔板B的兩豎直側邊與內部箱體相對兩側面固連。隔板A的高度大于隔板B的高度，且均小于內部箱體的高度。隔板A到支撐板所在側面內壁的距離小于隔板B到支撐板所在外部殼體的側面內壁的距離。所述升降機構包括托架轉動軸承、電機安裝座、電機、絲杠、絲杠連接架與控制器；其中，外部殼體兩側面間軸接有托架轉動軸承，托架轉動軸承上固定安裝有電機安裝座，電 機安裝座上安裝有電機，所述電機為直線電機。絲杠的一端與絲杠連接架軸接，絲杠連接架 與托板底部固連，位于擋板與支撐板所在側面之間；絲杠的另一端與電機的輸出端螺紋連 接，或穿過電機的輸出端以及電機安裝座。底座上安裝有控制器，用來控制電機工作。所述底座邊緣處周向均勻安裝有至少3個調平螺絲，通過旋鈕調平螺絲的高度可 保證外部殼體的水平。基于上述用于散體材料的滑動角箱式測定裝置的測定方法，通過四個步驟來實 現步驟ー通過調平螺絲調整外部殼體底面水平；步驟ニ 在內部箱體內放入散體材料；步驟三改變內部箱體傾角；啟動控制器，控制直線電機工作，帶動絲杠直線運動，通過絲杠與絲杠連接架相配 合，使托板抬起。此時內部箱體傾角發生改變，散體材料由隔板A相鄰的內部箱體側壁與隔 板A間的空間中溢出，進入到隔板A與隔板B以及隔板B與隔板B相鄰的內部箱體側壁的 空間中。步驟四測量散體材料滑動角大小。通過角度尺，將角度尺的一側與托板平行，另ー側與散體材料滑動后產生的傾斜 面平行，讀取角度尺數據。本發明的優點在干(1)本發明可同時進行水平調節，傾斜角度調節，角度測量的工作，且外部箱體采 用一體化設計，可有效防止其他因素的干擾；(2)本發明操作簡便，通過在內部箱體內安裝有不同高度的隔板，使托板在轉動過 程中，內部箱體內的被測散體材料可發生多次滑動，方便操作者在一次過程中，采取多次滑 動角測量；(3)本發明通過電機的精確控制，可實現多速度，多角度，多模式的提升方案，十分 快捷的測量散體材料的滑動角。
圖1為本發明裝置整體結構示意圖；圖2為本發明裝置結構剖視圖；圖3為本發明裝置進行實驗中的結構剖視圖；圖4為本發明裝置中絲杠與絲杠支架的連接局部放大圖；圖5為本發明裝置中絲杠與電機的連接示意圖；圖6為本發明測定方法流程圖；圖7為本發明中測量散體材料滑動角時角度尺位置示意圖。圖中1-外部殼體2-內部箱體3-托板4-底座5-升降機構6-角度尺101-觀察ロ201-隔板A202-隔板B301-托板轉軸302-托板擋板 303-擋板
401-調平螺501-托架轉動軸承 502-電機安裝座 503-電機504-絲杠505-絲杠連接架 506-控制器
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。本發明一種用于散體材料滑動角的箱式測定裝置，包括外部殼體1、內部箱體2、 托板3、底座4與升降機構5，如圖1、圖2所示。其中，外部殼體1為底部封閉的矩形筒狀結構，外部殼體1前方與后方的側面上方對稱開有矩形觀察口 101，觀察口 101的左側邊、右側邊以及頂邊靠近所在側面的左側邊、 右側邊與頂邊，且觀察口 101處通過透明玻璃或塑料密封，由此可通過觀察口 101傳對外部殼體1內進行觀察。外部殼體1內水平設置有與外部殼體內側水平截面大小相等托板3，托板3通過托板轉軸301軸接在外部殼體1前方與后方的側面間，托板轉軸301靠近外部殼體1的左側面，與外部殼體1的前側面與后側面垂直，且位于觀察口 101底邊所在的水平面下方。由此托板3可隨托板轉軸301的轉動而在外部殼體1內部轉動。在外部殼體1的右側面上安裝有托板擋板302，處于水平狀態時的托板3與托板擋板302搭接，通過托板擋板 302來對處于水平狀態時的托板3限位支撐，使托板3不會繼續向右轉動。在上述結構中， 處于水平狀態的托板3與觀察口 101底邊所在的水平面共面。托板3上安裝有擋板303，擋板303與托板3垂直，且與外部殼體1的左側邊平行。所述內部箱體2為矩形結構，采用透明玻璃或塑料制成，放置在托板3上，位于擋板303與內部箱體2右側面之間。內部箱體2內豎直安裝有隔板A201與隔板B202，隔板 A201與隔板B202的豎直側邊分別與內部箱體2相對兩側面相連，且隔板A201的高度大于隔板B202的高度。隔板A201與隔板B202位于內部箱體2底面上，與內部箱體2左側面與右側面平行的兩條三等分線上。隔板A201與外部殼體1右側面內壁的距離小于隔板B202 與外部殼體1右側面內壁的距離。當托板3抬起時，內部箱體2由于重力作用會在托板3 上向外部殼體1左方滑行，通過托板3上的擋板303來對滑行的內部箱體2限位，如圖3所
7J\ ο所述升降機構5包括托架轉動軸承501、電機安裝座502、電機503、絲杠504、絲杠連接架505與控制器506。其中，外部殼體1前方與后方的側面上軸接有托架轉動軸承501， 托架轉動軸承501與托板轉軸301平行。托架轉動軸承501上固定安裝有電機安裝座502， 電機安裝座502可隨托架轉動軸承501的轉動而轉動。電機安裝座502上安裝有電機503， 所述電機503為直線電機。電機503的輸出端與絲杠504 —端螺紋連接，絲杠504的另一端與絲杠連接架505軸接，通過絲杠連接架505可使限制絲杠504在軸向上的轉動，使絲杠 504可隨電機503輸出端的轉動做直線運動；絲杠連接架505靠近外部殼體1右側面，且與托板3底部固連。控制器安裝在底面上，用來驅動直線電機工作，通過直線電機帶動絲杠運動由此通過絲杠504的直線運動使托板3向上抬起或向下放平。在托板3抬起時，絲杠連接架505會產生向左的位移，通過托架轉動軸承501向左轉動，帶動電機安裝座502與電機 503共同向左轉動，同時絲杠504也同電機503向左轉動，由此可抵消絲杠連接架505產生的左向位移。所述絲杠連接架505為由兩根側桿50 與底桿50 組成的“U”型框架，兩根側桿50 與托板3底部垂直連接，底桿50 與托板3平行，且軸接有絲杠504，如圖4所示，通過底桿可使限制絲杠在軸向上的轉動。絲杠504的長度根據托板3所需要傾斜的角度來確定，若托板3需要傾斜的角度較大時，則需要較長的絲杠504，由此絲杠504與電機3 的輸出端螺紋連接一端可穿過電機安裝座502向下延伸，如圖5所示。所述底座4邊緣處周向均勻安裝有至少3個調平螺絲401，通過旋鈕調平螺絲401 的高度可保證外部殼體的水平。本發明還提出一種基于上述的測定裝置的測定方法，通過以下四個步驟來實現， 如圖6所示步驟一調整外部殼體1底面水平；通過調平螺絲401對外部殼體1進行調節，通過角度尺進行水平測量，直到角度尺的氣泡居中。步驟二 在內部箱體2中放入待測散體材料；在內部箱體2內的隔板A201與內部箱體2右側壁間的空間中放入待測散體材料， 使散體材料呈自然堆積狀態。可跟據實驗的需要來確定散體材料放入內部箱體2中的位置。步驟三根據測量的需要，改變內部箱體2傾角；啟動控制器506，通過控制器506控制電機503工作使絲杠504直線運動，通過絲杠504與絲杠連接架505相配合，使托板3右端抬起；此時內部箱體2傾角發生改變，散體材料由隔板A201與內部箱體2右側壁間的空間中溢出，進入到隔板A201與隔板B202間的空間中，隔板A201與隔板B202間的空間中的散體材料可繼續溢出，進入到隔板B202與內部箱體2左側壁間的空間中。步驟四測量散體材料滑動角大小；將角度尺6的一側與托板3平行，另一側與散體材料滑動后產生的傾斜面平行，此時角度尺6上顯示數字即為散體材料的滑動角大小。
權利要求
1.一種用于散體材料滑動角的箱式測定裝置，其特征在于包括外部殼體、內部箱體、 托板、底座與升降機構；其中，外部殼體為豎直矩形筒狀結構，安裝在底座上；外部殼體的一個側面內壁安裝有托板擋板，外部殼體內水平設置有托板，托板通過托板轉軸軸接在托板擋板所在側面相鄰的兩個側面內壁間，托板擋板所在側面相鄰的兩個側面上至少開有一個觀察口 ；所述托板轉軸與托板擋板所在側面相鄰的兩個側面垂直；處于水平狀態的托板與托板擋板搭接，通過托板擋板對托板限位；所述托板轉軸靠近與托板擋板所在側面相對的側面；托板上固定安裝有擋板，擋板與托板垂直，且與托板擋板所在側面平行；所述內部箱體為底面封閉的矩形筒狀結構，放置在擋板與托板擋板所在側面之間的托板上；內部箱體采用透明材料制成；內部箱體底面內表面上豎直安裝有隔板A與隔板B;所述隔板A與隔板B相互平行，且均與內部箱體側面平行；隔板A與隔板B的兩豎直側邊與內部箱體相對兩側面固連；隔板A的高度大于隔板B的高度，且均小于內部箱體的高度；隔板A到托板擋板所在側面內壁的距離小于隔板B到托板擋板所在外部殼體的側面內壁的距 1 ；所述升降機構包括托架轉動軸承、電機安裝座、電機、絲杠、絲杠連接架與控制器；其中，外部殼體兩側面間軸接有托架轉動軸承，所述托架轉動軸承與托板轉軸平行；托架轉動軸承上固定安裝有電機安裝座，電機安裝座上安裝有電機，所述電機為直線電機；絲杠的一端與絲杠連接架軸接，絲杠連接架與托板底部固連，位于擋板與托板擋板所在側面之間；絲杠的另一端與電機的輸出端螺紋連接，或穿過電機的輸出端以及電機安裝座；底座上安裝有控制器，用來控制電機工作；所述底座邊緣處周向均勻安裝有至少3個調平螺絲。
2.如權利要求1所述一種用于散體材料滑動角的箱式測定裝置，其特征在于所述絲杠連接架為由兩根側桿與底桿組成的“U”型框架，兩根側桿與托板底部垂直連接，底桿與托板平行，且軸接有絲杠。
3.基于權利要求1所述的一種用于散體材料滑動角的箱式測定裝置的測定方法，通過四個步驟來實現步驟一通過調平螺絲調整外部殼體底面水平；步驟二 在內部箱體內放入散體材料；步驟三改變內部箱體傾角；啟動控制器，控制直線電機工作，帶動絲杠直線運動，通過絲杠與絲杠連接架相配合， 使托板抬起；此時內部箱體傾角發生改變，散體材料由隔板A相鄰的內部箱體側壁與隔板A 間的空間中溢出，進入到隔板A與隔板B以及隔板B與隔板B相鄰的內部箱體側壁的空間中；步驟四測量散體材料滑動角大小；通過角度尺，將角度尺的一側與托板平行，另一側與散體材料滑動后產生的傾斜面平行，讀取角度尺數據。
全文摘要
本發明公開一種用于散體材料滑動角的箱式測定裝置及其測定方法，屬于精密測量領域，包括外部殼體、內部箱體、托板、底座與升降機構。外部殼體內部設置有可轉動托板，托板的轉動通過在底座與托板間設置的升降機構控制，內部箱體內設置有隔板，內部箱體放置在托板上，通過托板的轉動改變內部箱體的傾角，使內部箱體內的被測散體材料產生滑動角，通過角度尺即可對被測散體材料的休止角進行測量。本發明快捷實用、可直接讀取滑動角度數，結構簡單，經濟實用。本發明操作簡便，可同時進行水平調節，傾斜角度調節，角度測量的工作；可實現多速度，多角度，多模式的提升方案，十分快捷的測量散體材料的滑動角。
文檔編號G01B5/24GK102288095SQ20111012429
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月13日 優先權日2011年5月13日
發明者馮辰, 崔古月, 康凱, 高政國 申請人:北京航空航天大學