谷物休止角圆盘式快速测试仪结构优化试验研究

Accession number 070310373627 谷物休止角圆盘式快速测试仪结构优化试验研究谷物休止角圆盘式快速测试仪结构优化试验研究 於海明 季明 孟为国 摘要摘要 谷物休止角圆盘式快速测试仪适用于对各类稻 麦等谷物休止角的快速测试 为 了优化该测试仪的结构 降低其系统误差 进一步提高测试精度与系统的可靠性 需要对 该测试仪的圆盘参数进行必要的标定 对谷物锥秃顶造成的误差进行修正 通过更换不同 直径的试验圆盘 分析测试结果的数据变异情况及其稳定性 确定了最佳的圆盘直径为 28cm 通过对谷物锥形状的分析 并考虑到原始公式的沿用 提出了探针的位置应在径向 离圆周边缘 10cm 处 最后对优化结果进行了试验验证 并与国标进行了比较 给出了优化 后的测试仪的结构简图 关键词关键词 谷物休止角圆盘式快速测试仪 标定 修正 中图分类号 中图分类号 文献标识码 文献标识码 Experimental Study on Structure of Disk Type Quick Tester for Grain Repose Angle Yu Haiming Chen kunjie Meng Weiguo Nanjing Agricultural University Key words Disk type quick tester for grain repose angles Calibration Modification 引言引言 休止角是谷物重要的物理特征参数 在实体模型试验和数学模型计算中具有实用价值 对谷物干燥 播种机种子箱的设计等研究具有意重要义 目前国内外对颗粒状物质 如泥 沙 粉体 的休止角已进行了广泛的研究 1 3 但对谷物休止角测试装置的研制却鲜有报道 根据 GB5262 85 谷物休止角测量方法可知 测试主要利用落体成堆的方法 在测试过 程中通常将待测谷物经均匀下料装置以一定的高度自由落下 在方格纸上堆积成锥 多次 测量底面直径 求其半径的平均值 R 再测得其锥顶高度 H 计算 tan 1 H R 即为该种 谷物的休止角 在不同谷物休止角的测试过程中 测量误差影响着测量精度 文献 4 基于 彻底消除底面半径的测量误差和提高锥顶高度的测量精度与观测速度 以实现对谷物休止 角的快速测量 设计了圆盘式快速测试仪 从圆盘式快速测试仪的试制与使用过程来看 仍存在两个方面的问题 测试仪中圆 盘直径最佳范围没有确定 谷物成锥存在秃顶而造成的误差没有修正 本文采用试验的 方法 对这两个方面的问题进行研究 从而进一步优化测试仪的结构 以提高测试精度和 测试速率 1 试验方法及装置试验方法及装置 1 1 测试原理测试原理 圆盘式快速测试仪 图 1 工作原理是将直径 D 20 且中心带有刻度探针的圆盘埋于谷 物之中 缓慢提升圆盘离开谷物层 读取探针读数 H 则 tan 1 2H D 即为谷物的休止角 图 1 圆盘式快速测试仪结构简图 Figure 1 Construction of the fast disk type test meter for grain rest angle 1 测试圆盘 2 探针 3 仪器架 4 提升装置 1 2 试验装置试验装置 1 2 1 圆盘直径范围的确定圆盘直径范围的确定 分别以直径为 8 12 14 16 18 20 25 28 32 37cm 的圆盘作为快速测试仪的 试验圆盘 以含水量为 11 2 的籼稻为试验对象 进行休止角的测试实验 每一个圆盘测 试 10 次 共进行了 100 次测试 测试结果如表 1 和表 2 所示 圆盘直径对谷物休止角测量 值的影响如图 2 所示 表 1 不同直径圆盘测试结果 Table 1 Experimental results with different diameters of test disk 直径8121416182025283237 128 6130 0331 5233 88936 06336 8737 95437 95435 75429 917 230 85431 6631 13533 88935 86736 8738 30937 95435 37529 799 330 85430 2631 5233 88935 86737 23537 95437 59636 12930 594 430 85430 9631 5233 56936 12937 05337 95437 59634 99230 268 529 74530 9631 5233 56936 12936 8737 59637 95436 12930 034 628 6130 9631 5233 56936 12937 12637 95437 95436 12930 408 729 74529 5431 13533 99936 12937 05337 23537 95435 75430 385 828 6130 2630 5233 99936 06337 05337 95437 95434 99230 034 930 85430 9630 5233 56936 12937 05337 95437 95435 75430 034 1029 74530 2630 5233 56936 12936 8737 59637 41636 12930 034 1 2 3 4 表 2 不同圆盘所测休止角统计特征值 Table 2 Statistics of repose angle measured with different disks 统计特征圆盘 1圆盘 2圆盘 3圆盘 4圆盘 5圆盘 6圆盘 7圆盘 8圆盘 9圆盘 10 试验次数10101010101010101010 最大值30 85431 6631 5233 99936 12937 23538 30937 95436 12930 594 最小值28 61129 5430 5233 56935 86736 8737 59637 41634 99229 799 平均值29 84830 6131 14333 75136 06437 00537 84637 82935 71430 151 标准差0 93150 5890 4330 1860 10170 12080 27980 14720 43040 2376 变异系数3 12 1 92 1 39 0 55 0 28 0 33 0 74 0 35 1 21 0 79 谷物休止角与圆盘直径的关系 28 30 32 34 36 38 81216202428323640 圆盘直径 谷物休止角 图 2 圆盘直径对休止角的影响 Fig 2 Impact of disk diameter on repose angle 由表 2 可见 当圆盘直径小于 16cm 或大于 32cm 时 所测休止角的标准差与变异系数 较大 测量精确度低 圆盘直径过小 盘上谷物量少 谷物的粒径 表面特性等因素的不 均匀与偶然性对整体造成的影响大 圆盘直径过大 圆盘被动提升时 多余谷物的流动量 大 在谷物锥表面造成较大的带动层 导致测试结果出现较大变异 当圆盘直径在 18cm 28cm 范围之内 休止角测量值趋于最大 且在这个范围内相对稳定 标准差及变异 系数小 1 2 2 秃顶误差的修正秃顶误差的修正 谷物在成锥过程中 锥尖会呈现秃顶现象 测试仪探针位于圆盘中央 探针的读数 h 小于该锥的实际锥高 H 图 3 因此谷物休止角的计算值偏小 为消除这一误差 在 18cm 28cm 范围之间选用直径大于 20cm 的试验圆盘 将探针置于径向离圆周边缘 10cm 处 图 4 由于探针直径 d 1mm 非常小 认为探针对谷物层流动无滞留作用 则该锥体 与底面所构成的内角 休止角 仍用公式 tan 1 H0 10 计算 其中 H0为径向离圆周边 缘 10cm 处谷物高度 Fig 3 Cone height of grain piles Fig 4 Reasonable positions of test probes 2 试验结果与分析试验结果与分析 按照试验结果优化的测试仪如图 5 所示 其主要技术参数见表 3 同样以含水量为 11 2 的籼稻为试验对象 进行休止角试验 共测 10 次 结果如表 3 所示 10 次试验结果 的平均值为 37 911 比改进前所测的平均值 37 829 提高了 2 4 变异系数降为 0 29 根据 GB 5262 85 的测量方法对相同含水量的籼稻休止角进行 3 次测量 其平均值为 37 88 结果表明 该谷物休止角圆盘式快速测试仪所测结果与国标所提供方法的测试结 果非常接近 35 00 28 00 50 00 7 50 60 00 18 00 10 00 图 5 谷物休止角圆盘式快速测试仪优化简图 Fig 5 Schematic structure of optimized disk type quick tester for grain repose angle 表 3 圆盘式快速测试仪主要技术参数 Table 3 Main technical parameters of the quick disk type test meter for grain rest angle 圆盘直径探针量程埋盘深度提升高度 28cm4 12cm 16cm 18cm 表 4 圆盘改进后的测量值 Table 4 Test results with optimized disk type quick tester for grain repose angle 图 3 谷物锥高图 4 合理的探针位置 批次12345678910 测值37 95437 82637 82637 95437 90437 64637 95438 04438 04437 954 3 结论结论 试验结果表明 为了消除谷粒表面特性 水分 流动状态等因素对测试效果的影响 从而提高系统的可靠性与测试精度 测量圆盘直径宜选在 18 28cm 为了修正谷物锥秃 顶带来的试验误差 可选用直径为大于 20cm 小于 28cm 的试验圆盘并将探针置于径向离 圆周边缘 10cm 处 综合试验结果中数据的变异情况可知 圆盘直径选择为 28cm 最为适 宜 参考文献参考文献 1 詹义正 谢葆玲 散体泥沙的水下休止角 水电能源科学 1996 1 56 59 2 张红武 汪家寅 沙石及模型少水下休止角试验研究 泥沙研究 1989 3 90 96 3 袁劲松 汤翠娥 王奇成 粉体休止角 对散剂混合工艺指