УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ЕСТЕСТВЕННОГО ОТКОСА СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель предназначена для измерения угла естественного откоса сыпучих материалов. Предлагаемое устройство относится к технике измерения параметров полидисперсных сыпучих материалов, таких как глинопорошок, цемент, песок и др., в процессах их переработки.
Известные устройства измерения угла естественного откоса, или, так называемого, угла внутреннего трения, предназначены для измерений этого параметра в стационарных лабораторных условиях путем многократных испытаний отобранных проб, а так же известны устройства для измерения угла естественного откоса в потоке (патент РФ на полезную модель №89702 от 10.12.2009 г.).
Известно устройство измерения угла естественного откоса глинозема по ГОСТ 27802-93 (Глинозем. Метод определения угла естественного откоса / ГОСТ 27802-93 (ИСО 902-76). Минск, 1993), которое состоит из воронки, консольной стойки, плиты и цилиндра. Значение угла откоса а определяется по формуле:
α=arctg[80/(D-6)],
где D - средняя арифметическая длина четырех пересекающихся линий, мм.
Недостатком данной конструкции является материалоемкость, большие габариты, неудобство при использовании в полевых условиях, так как необходимо основание конуса, образованного сыпучим материалом очерчивать, и после удаления порошка измерять длину четырех пересекающихся линий, впоследствии рассчитывать их среднюю арифметическую длину.
Наиболее близкой по технической сущности является устройство для измерения угла естественного откоса (Шубин И.Н., Свиридов М.М., Таров В.П. Технологические машины и оборудование. Сыпучие материалы и их свойства: Учеб. пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. Ун-та, 2005 г., С.12-14). При определении угла α исследуемый сыпучий материал выпускают из воронки на горизонтальную площадку, затем с помощью угломера измеряют угол наклона а образующей конуса к горизонту. Устройство просто в применении, но не дает точных результатов, так как воронка не закреплена и нет поддона, что не всегда удобно, так как для использования угломера нужна гладкая ровная поверхность.
Задачей полезной модели является достоверное измерение угла естественного откоса порошкообразного материала, не сложное по технологии и затратам времени.
Техническим результатом является достоверно измеренное значение угла естественного откоса сыпучего материала при сокращении времени на измерение и возможность проведения измерения вне стационарных лабораторных условий, например на производственной площадке, в полевых условиях.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения угла естественного откоса сыпучего материала состоит из щупа-измерителя, загрузочной воронки и шести сферических стоек, закрепленных на опорной круглой платформе с одной стороны, и соединенных вместе с другой, причем загрузочная воронка зафиксирована в месте их соединения, а щуп-измеритель выполнен в виде удлиненной трубки, тарированной под градусы угла естественного откоса. При этом высота Н стоек над опорной платформой равна
где r - радиус опорной платформы.
max
max
Щуп-измеритель тарирован под градусы угла естественного откоса α с диапазоном 0-α, где α - максимально возможный угол естественного откоса. Кроме этого, он имеет основание, выходящее за пределы диаметра трубки.
Предложенное устройство мобильно, так как состоит из шести сферических стоек, закрепленных на опорной круглой платформе с одной стороны, и соединенных вместе с другой, причем в месте соединения установлена фиксированная загрузочная воронка. Высота Н сферических стоек над опорной платформой равна Н=1,73 r, где r - радиус опорной платформы, что соответствует максимально возможному углу естественного откоса сыпучего материала (60°).
max
max
Измерение угла естественного откоса, осуществляется за один раз, без дополнительных манипуляций и вычислений, путем погружения щупа-измерителя, в конус порошкообразного материала, насыпанного через загрузочную воронку. Шуп-измеритель тарирован под градусы угла естественного откоса а с диапазоном 0-α, где α - максимально возможный угол естественного откоса, что позволяет одномоментно вычислить значение угла естественного откоса конкретного порошкообразного материала.
Для улучшения контакта щупа-измерителя с порошкообразным материалом при его погружении в порошкообразный материал, щуп-измеритель имеет основание, выходящее за пределы диаметра трубки.
На фиг.1 представлена схема устройства для измерения угла естественного откоса сыпучего материала.
Устройство состоит из шести сферических стоек 5 закрепленных на опорной круглой платформе 1 с одной стороны, и соединенных вместе с другой, причем в месте соединения установлена фиксированная загрузочная воронка 3, и также снабжено отдельным щупом-измерителем 4 в виде удлиненной трубки, тарированной под градусы угла естественного откоса. Щуп-измеритель 4 имеет основание, выходящее за пределы диаметра трубки.
max
max
При помощи разработанного устройства измерение угла естественного откоса осуществляют следующим образом. Через воронку 3, засыпают порошкообразный материал, поддерживая минимальную высоту падения частиц на образующийся конус до тех пор, пока порошкообразный материал не начнет ссыпаться с краев опорной круглой платформы 1, установленной строго горизонтально. Прекратив подачу порошка, измеряют высоту образовавшегося конуса щупом-измерителем 4, тарированным в градусах угла естественного откоса α с диапазоном 0-α, где α - максимально возможный угол естественного откоса.
Тарировку щупа-измерителя 4 осуществляли из условия, что tg угла откоса равен отношению высоты конуса порошка h к радиусу опорной платформы r, а угол естественного откоса α=arctg(h/r). Максимально возможный угол естественного откоса по справочным данным для порошков глины, цемента, мела, песка, кальцинированной соды и др. даже во влажном состоянии не превышает 60 градусов, поэтому высота стоек над опорной платформой Н принята равной Н=1,73 r.
Разработанное и изготовленное устройство было испытано на ряде порошкообразных материалов и показало удовлетворительные результаты, приведенные в таблице 1.
Таблица 1
Результаты калибровки устройства для измерения угла естественного откоса
Материал
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
Объемная масса, кг/м<sup>3</sup>
Угол естественного откоса
табличный
измеренный
Гипс
2500
900
40
40,5
Глина
2000
1300
35
37
Известь
1400
700
43
42
Зола
2500
700
45
44
Кремний
2650
1150
35-45
42
Мел
2500
1100
45
45
Цемент
3180
1100
40-50
42
Сода кальцинированная
2530
800
43-45
43
Песок
2900
1700
40-45
42
Отличие от справочных данных не превышает 5%, т.е. результаты измерений разработанным устройством достоверны.
В целом, совокупность признаков предлагаемой полезной модели необходима и достаточна для решения поставленной задачи и в полном объеме ранее нигде не использовалась. Следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает критериям существенной новизны и промышленной применимости.