[发明专利]松散物料致密成型过程力学行为测试装置及其测试方法

说明书

本发明公开了一种松散物料致密成型过程力学行为测试装置及其测试方法，包括基座单元、套筒单元和模具单元三个部分，其中，基座单元包括下底板、支撑柱、上底板和模具支撑环；套筒单元包括下定位环、套筒和上定位环；模具单元包括位移传感器、第一测力传感器、压制轴、模具、应变片、底塞和第二测力传感器。该装置应配合万能试验机或液压缸使用，可以模拟不同松散物料在不同速度下的压制过程，并直接测出压制过程中物料与模具内壁之间的摩擦力和正压力，以及松散物料在致密成型过程中的应力应变关系，从而为改善松散物料致密成型工艺中的高能耗、高磨损问题提供数据支撑。

技术领域

本发明属于饲料机械和生物质能源利用领域，具体涉及一种松散物料致密成型过程力学行为测试装置及其测试方法。

背景技术

致密成型工艺是指利用模具将松散物料压制成为具有规则形状和一定密度的产品的技术，已被广泛应用于饲料和生物质固体燃料工业，环模制粒机是该技术的主要应用形式。目前，该技术主要存在成型能耗高，模具磨损严重等问题，严重制约了相关行业，特别是生物质固体燃料行业的发展，为我国可再生能源的发展带来了一定的阻力。为了解决这一问题，国内外相关学者开展了大量的研究，大多集中在原料特性、工艺参数以及设备结构等对成型过程及制品品质的影响上，但并未从根本上解决这一问题。其主要原因在于尚没有一套试验装置，能对成型过程中被压缩物料的应力应变关系，以及物料与模具内壁之间的正压力和摩擦力进行测试。

查阅国内外相关文献，未发现松散物料致密成型过程力学行为测试装置相关专利和文献，尚没有类似的装置可以对松散物料成型过程中的应力应变关系及物料与模具内壁之间的正压力和摩擦力进行测试。相关学者的研究主要是结合单孔试验装置进行，其原理图如图1所示。该类型的装置只能对施加在压杆上的力进行测量，无法获得物料的应力应变关系，以及物料与模具内壁之间正压力和摩擦力。专利ZL201310629828.9提及了一种多功能松散物料成型试验装置，该装置可以模拟松散物料致密成型过程。但该装置依然无法测出压制过程中物料与模具内壁之间的摩擦力。另外，该专利提出了利用连接螺柱结合力传感器测试径向力的方法。但实际上整个压制过程中模具的径向应变很小，无法精确地传递到该方法所设计的力传感器上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种松散物料致密成型过程力学行为测试装置及其测试方法，主要用于模拟松散物料致密成型过程，并对压制过程中物料与模具内壁之间的摩擦力和正压力，以及松散物料在致密成型过程中的应力应变关系进行测试，从而为改善松散物料致密成型工艺中的高能耗、高磨损问题提供数据支撑。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种松散物料致密成型过程力学行为测试装置，包括

起固定支撑作用的基座单元；

用于压制松散物料的模具单元；

对模具单元起定位作用的套筒单元；

所述基座单元包括下底板、上底板、模具支撑环和N个支撑柱，N≥4，下底板和上底板平行间隔设置，两者之间通过N个环形分布的支撑柱连接固定，上底板中心设有一个二阶台阶孔，位于上方的第一阶台阶孔直径大于位于下方的第二阶台阶孔直径，模具支撑环内壁自上向下设有一个环形凹槽，形成台阶面，模具支撑环的外壁与上底板的第一阶台阶孔之间采用过渡配合。

所述套筒单元包括下定位环、套筒和上定位环；模具支撑环位于下定位环中心，两者之间存在间隙，下定位环与上底板的顶面固连，套筒筒身上均匀分布m行n列通孔，6≤m≤12，3≤n≤8，下定位环的顶面与套筒一端固连，上定位环设置在套筒的另一端，两者过渡配合，模具单元设置在套筒内，其一端穿过套筒设置在基座单元的下底板上。