CN114275458A - 一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能力回收实验装置技术领域，具体涉及一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置，该实验装置包括实验机构、循环机构、上输料槽、下输料槽、挡板机构以及控制机构，通过在实验机构的一侧设置循环机构，实验机构与循环机构之间通过上输料槽(03)和下输料槽进行物料的传送，使下落的物料得到及时地收集，从而达到便于稳定重复实验的目的，解决了以往单靠实验人员人工装载物料进行维持发电装置运作，耗时耗力、科研进展较慢、工作效率低的问题。

Description

一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置

技术领域：

本发明涉及能量回收实验装置技术领域，具体涉及一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置。

背景技术：

实验室中利用颗粒状物料流重力势能回收发电实验装置进行科研实验时，颗粒状物料流从实验装置顶部自上向下落时会造成物料散落在地面上，需要实验人员重新手动收集散落物料，并再次人工搬至颗粒状物料流能量回收实验装置顶部进行颗粒状物料的重新装载，才可以保证科研实验的继续进行，鉴于单靠实验人员人工装载物料进行维持发电装置运作，耗时耗力、科研进展较慢、工作效率低这一现状。实现实验装置颗粒状物料自动循环具有重要意义，并具有很好的实用价值。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置采用如下技术方案：

本发明提供一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置，包括实验机构、循环机构、上输料槽、下输料槽、实验机架、循环机架、挡板机构以及控制机构，实验机构与循环机构之间通过上输料槽和下输料槽进行物料的传送；实验机构整体设置于实验机架上，循环机构整体设置于循环机架上；实验机构包括最上方使物料流定向下落的料斗机构、设置在料斗机构正下方的用于捕捉物料流势能并进行能量转换的能量转换机构、设置在势能转换机构下方一侧的用于提升能量转换效率的增速机构，料斗机构设置在实验机架上端的料斗支撑架上；循环机构包括循环电机、小链轮、循环链条、小车支撑轴、小车支撑架、小车倒料动作机构、物料小车、物料高度传感器一、物料高度传感器二，循环电机与小链轮传动连接，循环链条与小链轮啮合，小车支撑轴分别均匀的安装在循环链条上，并使得当有一个物料小车到达底部下输料槽槽口时，有另一个物料小车到达顶部的上料槽槽口，小车支撑架连接在小车支撑轴的一端，小车倒料动作机构安装在小车支撑架上，物料小车与小车倒料动作机构连接在一起，物料高度传感器一安装在循环机架下方的安装板处，物料高度传感器二安装在循环机架上方一侧的安装板处；实验机架下部位于下输料槽上方安装有用于控制下输料槽的物料流出量的挡板机构，挡板机构包括挡板和挡板电机，挡板电机的转动轴与挡板的一端连接，实验机构、循环机构、挡板机构均与控制机构连接。

势能转换机构包括轴承一、轴承二、轴承三、轴承四、檱斗、第一链轮轴、第二链轮轴、第一链轮、第二链轮、第三链轮、第四链轮、第一链条、第二链条、动态扭矩传感器一、动态扭矩传感器二、联轴器一、联轴器二，其中轴承一、轴承二卡扣在实验机架上方宽杆两侧的轴承卡合口处，轴承三与轴承四则卡扣在实验机架下方宽杆两侧的轴承卡合口处；第一链轮轴与轴承一、轴承二连接，第二链轮轴与轴承三、轴承四连接；第一链轮和第二链轮分别卡合在第一链轮轴的左右两侧，第三链轮和第四链轮分别卡合在第二链轮轴的左右两侧；第一链条与第一链轮、第三链轮相啮合，第二链条与第二链轮、第四链轮相啮合；檱斗均匀的分布安装在第一链条和第二链条上；动态扭矩传感器一通过联轴器一连接安装在第一链轮轴的一侧，动态扭矩传感器二通过联轴器二连接安装在第二链轮轴的一侧；

增速机构包括轴承五、轴承六、轴承七、第一齿轴、第二齿轴、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第三传动齿轮、第四传动齿轮，轴承五安装在实验机架下方宽杆处的轴承卡合口处，轴承六安装在轴承五卡合口对面的轴承卡合口处，轴承七安装在轴承六卡合口一侧的轴承卡合口处；第一齿轴与轴承五、轴承六连接，第二齿轴与轴承七连接，第一传动齿轮安装在势能转换机构的第二链轮轴的一侧，第二传动齿轮安装在第一齿轴的一侧，并与第一传动齿轮啮合；第三传动齿轮安装在第一齿轴的另一侧；第四传动齿轮安装在第二齿轴上与第三传动齿轮啮合；

小车倒料动作机构包括倒料转动架、转动阻断套片、翻转动作电机，倒料转动架上的转动轴套在小车支撑架的转动轴开口处使其能够自由转动，转动阻断套片牢固的卡扣在倒料转动架的转动轴上，翻转动作电机与倒料转动架的转动轴的一端连接；

上输料槽入料端一侧安装在循环机架上方长杆的料槽卡合口处，出料端一侧则安装在实验机构中料斗机构上的料槽卡合口处；下输料槽入料端一侧安装在实验机架下方长杆的料槽卡合口处，出料端一侧则安装在循环机架下方长杆的料槽卡合口处；

一种基于权利要求1-5中任一项的一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，装置处于启动初始状态时，物料置于下料料斗机构中，装置循环启动后，物料从料斗机构下落入檱斗中，经檱斗后落入下输料槽中，被下输料槽处的挡板机构挡住使其堆积在下输料槽中，

步骤2，当循环机构中的物料小车运动到正对下输料槽槽口位置时，激光开关传感器发出动作信号，使得循环机构的循环电机制动，同时也令下输料槽中处的挡板机构挡板电机动作，让物料经下输料槽槽口流入物料小车中。

步骤3，当流入物料小车里的物料达到一定高度时触发物料高度传感器一，物料高度传感器一发出动作信号，使得循环机构中的循环电机启动，让物料向上运输，同时也令下输料槽中的挡板机构中挡板电机动作，让物料被挡板机构继续挡在下输料槽中，等待下个物料小车运动到正对下输料槽槽口位置时，重复上一个物料小车的动作。

步骤4，当有装满物料的物料小车运动到上输料槽口位置时，触发物料高度传感器二，物料高度检测传感器二发出动作信号，使物料小车底部的小车倒料动作机构动作，让物料小车里的物料迅速倾倒入上输料槽中，并让物料小车恢复到初始位置，继续开展下一个循环。

本发明的有益效果：

1.解决了人工搬运装载进行实验带来的效率低、成本高等问题，可以达到让颗粒状物料流重力势能回收发电实验装置自动循环的目的，有助于更好地提高实验效率，推动科研进展；

2.降低了颗粒状物料流重力势能回收自动循环实验装置对物料形状、大小的要求，具有较广的适用范围，采用独立式设计方法，使自动循环装置独立于发电实验装置之外，使其状态不会对发电实验装置造成影响。

3.具有能使装置长时间稳定运行的控制流程，使其实现自动化循环，增速机构采用齿轮相互啮合形成多级增速轮系，通过逐级增速的方式来提高发电机所接收到的转速，从而大幅度提高颗粒状物料流重力势能的能量转换效率。

附图说明：

图1为一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置的整体结构示意图；

图2为一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置的实验机构的结构示意图；

图3为一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置实验机构与循环机构联接示意图；

图4为一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置料斗机构的结构示意图；

图5为一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置势能转换的结构示意图；

图6为一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置增速机构的结构示意图；

图7为一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置循环机构的结构示意图；

图8为一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置小车倒料动作机构的结构示意图；

图9为一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置小车倒料动作机构的爆炸效果图；

图10为一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置的控制系统流程图；

具体实施方式：

下面将结合发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1-9，本装置包括包括实验机构01、循环机构02、上输料槽03、下输料槽04、实验机架05、循环机架06、挡板机构07以及控制机构，实验机构01与循环机构02之间通过上输料槽03和下输料槽04进行物料的传送；实验机构01整体设置于实验机架05上，循环机构02整体设置于循环机架06上；实验机架05下部位于下输料槽04上方安装有挡板机构07用于控制下输料槽04的物料流出量，挡板机构07包括挡板0701和挡板电机0702，挡板电机0702的转动轴与挡板0701的一端安装，实验机构01、循环机构02、挡板机构07均与控制机构连接。

实验机构01包括最上方使物料流定向下落的料斗机构0101、设置在料斗机构0101正下方的用于捕捉物料流势能并进行能量转换的势能转换机构0102、设置在势能转换机构0102下方一侧的用于提升能量转换效率的增速机构0103；上输料槽03入料端一侧安装在循环机架06上方长杆的料槽卡合口处，出料端一侧则安装在实验机构01中料斗机构0101上的料槽卡合口处；下输料槽04入料端一侧安装在实验机架05下方长杆的料槽卡合口处，出料端一侧则安装在循环机架06下方长杆的料槽卡合口处。

料斗机构0101包括前挡板010101、后挡板010102、左挡板010103、右挡板010104、前倾斜挡板010105、后倾斜挡板010106，对前挡板010101、后挡板010102、左挡板010103、右挡板010104进行无缝焊接，使其呈四方形，前倾斜挡板010105和后倾斜挡板010106分别焊接在前挡板010101和后挡板010102下面，并与左挡板010103、右挡板010104下部精密焊接在一起，从而构成料斗，料斗机构0101安装在实验机架05上端的料斗支撑架处。

势能转换机构0102包括轴承一010201、轴承二010202、轴承三010203、轴承四010204、檱斗010205、第一链轮轴010206、第二链轮轴010207、第一链轮010208、第二链轮010209、第三链轮010210、第四链轮010211、第一链条010212、第二链条010213、动态扭矩传感器一010214、动态扭矩传感器二010215、联轴器一010216、联轴器二010217，其中轴承一010201、轴承二010202卡扣在实验机架05上方宽杆两侧的轴承卡合口处，轴承三010203与轴承四010204则卡扣在实验机架05下方宽杆两侧的轴承卡合口处；第一链轮轴010206与轴承一010201、轴承二010202连接，第二链轮轴010207与轴承三010203、轴承四010204连接；第一链轮010208和第二链轮010209分别卡合在第一链轮轴010206的左右两侧，第三链轮010210和第四链轮010211分别卡合在第二链轮轴010207的左右两侧；第一链条010212与第一链轮010208、第三链轮010210相啮合，第二链条010213与第二链轮010209、第四链轮010211相啮合；檱斗010205均匀的分布安装在第一链条010212和第二链条010213上；动态扭矩传感器一010214通过联轴器一010216连接安装在第一链轮轴010206的一侧，动态扭矩传感器二010215通过联轴器二010217连接安装在第二链轮轴010207的一侧。颗粒状物料流通过料斗机构0101落到檱斗010205内，利用檱斗010205捕捉到的势能来驱动链条运动，通过链条拖动链轮转动，进而链轮带着链轮轴转动，以此来实现将物料流下落势能转化为机械能。动态扭矩传感器一010214和动态扭矩传感器一010215用来采集实验机构01上的相关数据便于监测装置状态。

增速机构0103包括轴承五010301、轴承六010302、轴承七010303、第一齿轴010304、第二齿轴010305、第一传动齿轮010306、第二传动齿轮010307、第三传动齿轮010308、第四传动齿轮010309，轴承五010301安装在实验机架05下方宽杆处的轴承卡合口处，轴承六010302安装在轴承五010301卡合口对面的轴承卡合口处，轴承七010303安装在轴承六010302卡合口一侧的轴承卡合口处；第一齿轴010304与轴承五010301、轴承六010302连接，第二齿轴010305与轴承七010303连接，第一传动齿轮010306安装在势能转换机构0102的第二链轮轴010207的一侧，第二传动齿轮010307安装在第一齿轴010304的一侧，并与第一传动齿轮010306啮合；第三传动齿轮010308安装在第一齿轴010304的另一侧；第四传动齿轮010309安装在第二齿轴010305上与第三传动齿轮010308啮合。

循环机构02包括循环电机0201、小链轮0202、循环链条0203、小车支撑轴0204、小车支撑架0205、小车倒料动作机构0206、物料小车0207、物料高度传感器一0208、物料高度传感器二0209，循环机构02整体安装在循环机架06上，其中循环电机0201安装在循环机架06一侧的长杆四角处，并固定在电机在循环电机安装板上，四个小链轮0202分别安装在四个循环电机0201的转动轴上，循环链条0203与四个小链轮0202啮合，使得小链轮0202能够带动循环链条0203转动；小车支撑轴0204分别均匀的安装在循环链条0202上，并使得当有一个物料小车0207到达底部下输料槽04槽口时，需保证有另一个物料小车0207到达顶部的上输料槽03槽口，小车支撑架0205连接在小车支撑轴0204的一端，小车倒料动作机构0206安装在小车支撑架0205上，物料小车0207与小车倒料动作机构0206连接，物料高度传感器一0208安装在循环机架06下侧的安装板处，用于检测下输料槽04槽口处的物料小车0207是否满载物料，物料高度传感器二0209安装在循环机架06上侧的安装板处，用于检测抵达上输料槽03槽口处的物料小车0207是否满载物料。

小车倒料动作机构0206包括倒料转动架020601、转动阻断套片020602、翻转动作电机020603，倒料转动架020601上的转动轴套在小车支撑架0205的转动轴开口处使其能够自由转动，转动阻断套片020602牢固的卡扣在倒料转动架020601的转动轴上，翻转动作电机020603与倒料转动架020601的转动轴的一端进行连接，为物料小车0207的倒料动作提供动力。

工作过程：料斗机构0101使自由下落的物料流精准的落入势能转换机构0102中，将物料流的势能转化为机械能，通过增速机构0103来提升能量的转换效率，流经过实验机构01的物料经下输料槽04输送到循环机构02中，循环机构02再将物料向上输送到上输料槽03，物料经上输料槽03再回到实验机构01中的料斗机构0101中，以此实现整个颗粒状物料流重力势能回收发电自动循环实验装置的循环运作。

一种颗粒状物料流重力势能回收发电实验装置的工作方法如下：

步骤1，装置处于启动初始状态时，物料置于下料料斗机构0101中，装置循环启动后，物料从料斗机构0101下落入檱斗010205中，经檱斗010205后落入下输料槽04中，被下输料槽04处的挡板机构07挡住使其堆积在下输料槽04中，

步骤2，当循环机构02中的物料小车0207运动到正对下输料槽04槽口位置时，激光开关传感器0501发出动作信号，使得循环机构02的循环电机0201制动，同时也令下输料槽04中处的挡板机构07挡板电机0702动作，让物料经下输料槽04槽口流入物料小车0207中。

步骤3，当流入物料小车0207里的物料达到一定高度时触发物料高度传感器一0208，物料高度传感器一0208发出动作信号，使得循环机构02中的循环电机0201启动，让物料向上运输，同时也令下输料槽04中的挡板机构07中挡板电机0702动作，让物料被挡板机构07继续挡在下输料槽04中，等待下个物料小车0207运动到正对下输料槽04槽口位置时，重复上一个物料小车0207的动作。

步骤4，当有装满物料的物料小车0207运动到上输料槽03口位置时，触发物料高度传感器二0209，物料高度检测传感器二0209发出动作信号，使物料小车0207底部的小车倒料动作机构0206动作，让物料小车0207里的物料迅速倾倒入上输料槽03中，并让物料小车0207恢复到初始位置，继续开展下一个循环。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置，其特征在于：包括实验机构(01)、循环机构(02)、上输料槽(03)、下输料槽(04)、挡板机构(07)以及控制机构，实验机构(01)与循环机构(02)之间通过上输料槽(03)和下输料槽(04)进行物料的传送；实验机构(01)整体设置于实验机架(05)上，循环机构(02)整体设置于循环机架(06)上；实验机构(01)包括最上方使物料流定向下落的料斗机构(0101)、设置在料斗机构(0101)正下方的用于捕捉物料流势能并进行能量转换的能量转换机构(0102)、设置在势能转换机构(0102)下方一侧的用于提升能量转换效率的增速机构(0103)，循环机构(02)包括小链轮(0202)以及与其啮合的循环链条(0203)，物料小车通过小车支撑架安装在循环链条(0203)上，使得当有一个物料小车(0207)到达底部下输料槽(04)槽口时，有另一个物料小车(0207)到达顶部的上料槽(03)槽口，小车支撑架(0205)上还安装有与物料小车(0207)相连的小车倒料动作机构(0206)，循环机架(06)上方和下方安装板上分别安装有物料高度传感器一(0208)和物料高度传感器二(0209)；实验机架(05)下部位于下输料槽(04)上方安装有用于控制下输料槽(04)的物料流出量的挡板机构(07)，挡板机构(07)包括挡板(0701)和挡板电机(0702)，挡板电机(0702)的转动轴与挡板(0701)的一端连接。

2.根据权利要求1所述的一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置，其特征在于：势能转换机构(0102)檱斗(010205)、第一链轮轴(010206)、第二链轮轴(010207)，第一链轮(010208)和第二链轮(010209)分别卡合在第一链轮轴(010206)的左右两侧，第三链轮(010210)和第四链轮(010211)分别卡合在第二链轮轴(010207)的左右两侧；第一链条(010212)与第一链轮(010208)、第三链轮(010210)相啮合，第二链条(010213)与第二链轮(010209)、第四链轮(010211)相啮合；檱斗(010205)均匀的分布安装在第一链条(010212)和第二链条(010213)上；动态扭矩传感器一(010214)连接安装在第一链轮轴(010206)的一侧，动态扭矩传感器二(010215)连接安装在第二链轮轴(010207)的一侧。

3.根据权利要求1所述的一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置，其特征在于：增速机构(0103)包括第一齿轴(010304)、第二齿轴(010305)、第一传动齿轮(010306)安装在势能转换机构(0102)的第二链轮轴(010207)的一侧，第二传动齿轮(010307)安装在第一齿轴(010304)的一侧，并与第一传动齿轮(010306)啮合；第三传动齿轮(010308)安装在第一齿轴(010304)的另一侧；第四传动齿轮(010309)安装在第二齿轴(010305)上与第三传动齿轮(010308)啮合。

4.根据权利要求1所述的一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置，其特征在于：小车倒料动作机构(0206)包括倒料转动架(020601)、转动阻断套片(020602)、翻转动作电机(020603)，倒料转动架(020601)上的转动轴套在小车支撑架(0205)的转动轴开口处使其能够自由转动，转动阻断套片(020602)牢固的卡扣在倒料转动架(020601)的转动轴上，翻转动作电机(020603)与倒料转动架(020601)的转动轴的一端连接。

5.根据权利要求1所述的一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置，其特征在于：上输料槽(03)入料端一侧安装在循环机架(06)上方长杆的料槽卡合口处，出料端一侧则安装在实验机构(01)中料斗机构(0101)上的料槽卡合口处；下输料槽(04)入料端一侧安装在实验机架(05)下方长杆的料槽卡合口处，出料端一侧则安装在循环机架(06)下方长杆的料槽卡合口处。

6.一种基于权利要求1-5中任一项的一种颗粒状物料流能量回收自动循环实验装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，装置处于启动初始状态时，物料置于下料料斗机构(0101)中，装置循环启动后，物料从料斗机构(0101)下落入檱斗(010205)中，经檱斗(010205)后落入下输料槽(04)中，被下输料槽(04)处的挡板机构(07)挡住使其堆积在下输料槽(04)中，

步骤2，当循环机构(02)中的物料小车(0207)运动到正对下输料槽(04)槽口位置时，激光开关传感器(0501)发出动作信号，使得循环机构(02)的循环电机(0201)制动，同时也令下输料槽(04)中处的挡板机构(07)挡板电机(0702)动作，让物料经下输料槽(04)槽口流入物料小车(0207)中。

步骤3，当流入物料小车(0207)里的物料达到一定高度时触发物料高度传感器一(0208)，物料高度传感器一(0208)发出动作信号，使得循环机构(02)中的循环电机(0201)启动，让物料向上运输，同时也令下输料槽(04)中的挡板机构(07)中挡板电机(0702)动作，让物料被挡板机构(07)继续挡在下输料槽(04)中，等待下个物料小车(0207)运动到正对下输料槽(04)槽口位置时，重复上一个物料小车(0207)的动作。

步骤4，当有装满物料的物料小车(0207)运动到上输料槽(03)口位置时，触发物料高度传感器二(0209)，物料高度检测传感器二(0209)发出动作信号，使物料小车(0207)底部的小车倒料动作机构(0206)动作，让物料小车(0207)里的物料迅速倾倒入上输料槽(03)中，并让物料小车(0207)恢复到初始位置，继续开展下一个循环。

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