本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)室用旋轉(zhuǎn)式土壤干篩裝置及干篩的方法，屬于土壤篩選設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

土壤學(xué)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，常需要制備不同顆粒級(jí)配的土樣，由此便要求對(duì)碎土進(jìn)行不同層次的干篩。

從根本上說，土壤干篩的基本原理就是提供給土粒某些運(yùn)動(dòng)，使其產(chǎn)生一定的過篩速度或加速度，以便穿過篩網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)篩分的目的。當(dāng)前，實(shí)驗(yàn)室用土壤干篩設(shè)備的篩網(wǎng)均是平面的，篩分過程中土粒易向篩網(wǎng)邊緣聚集，影響了篩分效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種實(shí)驗(yàn)室用旋轉(zhuǎn)式土壤干篩裝置及干篩的方法，以有效的防止土粒向篩網(wǎng)邊緣聚集，同時(shí)亦對(duì)土粒過篩的加速度有增益效果，從而提高篩分效率和克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的一種實(shí)驗(yàn)室用旋轉(zhuǎn)式土壤干篩裝置，包括由下至上依次螺紋連接的基座、底盤、一組篩盤和頂蓋；基座為圓盤結(jié)構(gòu)，圓盤的中央設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，圓盤的邊緣設(shè)有環(huán)形軌道；底盤為圓盆結(jié)構(gòu)，盆底邊緣四周設(shè)有沿圓周均布一組滾輪，滾輪與環(huán)形軌道滾動(dòng)連接；盆底封閉中央設(shè)有與轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)連接的卡口，圓盆上端面敞開，盆的邊緣設(shè)有篩盤連接的外螺紋；篩盤為圓筒結(jié)構(gòu)，圓筒的下端口設(shè)有與底盤連接的內(nèi)螺紋和篩網(wǎng)，篩網(wǎng)的形狀為下凸球冠狀，圓筒上端面敞開，圓筒的上邊緣設(shè)有與其它篩盤或頂蓋連接的外螺紋；頂蓋的形狀為圓錐狀，圓錐下端面敞開，圓錐的錐頂封閉且在圓錐的錐頂設(shè)有手柄。

前述實(shí)驗(yàn)室用旋轉(zhuǎn)式土壤干篩裝置中，所述一組篩盤底部的篩網(wǎng)形狀均為下凸球冠狀，每個(gè)篩網(wǎng)的下凸球冠面半徑均相等。

前述實(shí)驗(yàn)室用旋轉(zhuǎn)式土壤干篩裝置中，所述篩網(wǎng)孔徑分為200mm、150mm、100mm、75mm、60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm、0.01mm和0.005mm多種規(guī)格。

前述實(shí)驗(yàn)室用旋轉(zhuǎn)式土壤干篩裝置中，所述一組篩盤包括至少兩種以上不同規(guī)格篩網(wǎng)的篩盤，篩盤的數(shù)量和篩網(wǎng)規(guī)格根據(jù)篩分需要選擇，一組篩盤由下至上底層的篩網(wǎng)孔徑小于上層的篩網(wǎng)孔徑。

前述實(shí)驗(yàn)室用旋轉(zhuǎn)式土壤干篩裝置中，所述手柄的形狀為十字柱狀。

本發(fā)明的一種采用上述實(shí)驗(yàn)室用旋轉(zhuǎn)式土壤干篩裝置對(duì)土壤進(jìn)行干篩的方法為，該方法按以下步驟篩分：

步驟一，將底盤上的卡口固定在轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)上，并將底盤上的滾輪放置在底座的環(huán)形軌道內(nèi)；

步驟二，根據(jù)需要選擇相應(yīng)孔徑的一組篩盤，按篩網(wǎng)孔徑從小到大的順序依次從下而上通過螺紋與底盤旋接穩(wěn)妥；

步驟三，將適量土樣傾倒入上部第一個(gè)篩盤內(nèi)，旋緊頂蓋；

步驟四，接通電源，啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)開始篩分，篩分時(shí)間根據(jù)需要確定；

步驟五，篩分結(jié)束后切斷電源，按順序從上至下依次打開頂蓋、各篩盤、底盤，倒出各篩盤及底盤內(nèi)的土粒；

步驟六，清理裝置。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的裝置零部件很少，組裝簡(jiǎn)便，作為優(yōu)化，頂蓋、若干篩盤及底盤組裝后亦可人工開展干篩操作。本發(fā)明的方法操作方便，工作過程無灰塵，特別適合用于實(shí)驗(yàn)室對(duì)土壤的篩分。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的局部剖視圖；

圖3 是圖1的分解示意圖；

圖4是本發(fā)明的原理圖。

圖中標(biāo)記為：1-基座、2-底盤、3-篩盤、4-頂蓋、5-轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、6-環(huán)形軌道、7-滾輪、8-卡口、9-外螺紋、10-篩網(wǎng)、11-手柄。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不作為對(duì)本發(fā)明的任何限制。

本發(fā)明的一種實(shí)驗(yàn)室用旋轉(zhuǎn)式土壤干篩裝置，如圖1所示：該裝置包括由下至上依次螺紋連接的基座1、底盤2、一組篩盤3和頂蓋4；基座1為圓盤結(jié)構(gòu)，圓盤的中央設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)5，圓盤的邊緣設(shè)有環(huán)形軌道6；底盤2為圓盆結(jié)構(gòu)，盆底邊緣四周設(shè)有沿圓周均布一組滾輪7，滾輪7與環(huán)形軌道6滾動(dòng)連接；盆底封閉中央設(shè)有與轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)5連接的卡口8，圓盆上端面敞開，盆的邊緣設(shè)有篩盤3連接的外螺紋9；篩盤3為圓筒結(jié)構(gòu)，圓筒的下端口設(shè)有與底盤2連接的內(nèi)螺紋和篩網(wǎng)10，篩網(wǎng)10的形狀為下凸球冠狀，圓筒上端面敞開，圓筒的上邊緣設(shè)有與其它篩盤3或頂蓋4連接的外螺紋9；頂蓋4的形狀為圓錐狀，圓錐下端面敞開，圓錐的錐頂封閉且在圓錐的錐頂設(shè)有手柄11。如圖2和圖3所示，一組篩盤3底部的篩網(wǎng)10形狀均為下凸球冠狀，每個(gè)篩網(wǎng)10的下凸球冠面半徑均相等。篩網(wǎng)10孔徑分為200mm、150mm、100mm、75mm、60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm、0.01mm和0.005mm多種規(guī)格。一組篩盤3包括至少兩種以上不同規(guī)格篩網(wǎng)10的篩盤3，篩盤3的數(shù)量和篩網(wǎng)10規(guī)格根據(jù)篩分需要選擇，一組篩盤3由下至上底層的篩網(wǎng)10孔徑小于上層的篩網(wǎng)10孔徑。手柄11的形狀為十字柱狀。

本發(fā)明的一種采用上述實(shí)驗(yàn)室用旋轉(zhuǎn)式土壤干篩裝置對(duì)土壤進(jìn)行干篩的方法為，該方法按以下步驟篩分：

步驟一，將底盤上的卡口固定在轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)上，并將底盤上的滾輪放置在底座的環(huán)形軌道內(nèi)；

步驟二，根據(jù)需要選擇相應(yīng)孔徑的一組篩盤，按篩網(wǎng)孔徑從小到大的順序依次從下而上通過螺紋與底盤旋接穩(wěn)妥；

步驟三，將適量土樣傾倒入上部第一個(gè)篩盤內(nèi)，旋緊頂蓋；

步驟四，接通電源，啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)開始篩分，篩分時(shí)間根據(jù)需要確定；

步驟五，篩分結(jié)束后切斷電源，按順序從上至下依次打開頂蓋、各篩盤、底盤，倒出各篩盤及底盤內(nèi)的土粒；

步驟六，清理裝置。

實(shí)施例

本例的裝置如圖1所示。該裝置包括頂蓋4、篩盤3、底盤2、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)5及基座1，頂蓋4與篩盤3之間、相鄰篩盤3之間、篩盤3與底盤2之間均通過內(nèi)、外螺紋接口組裝。頂蓋4呈圓錐體狀，下端面敞開，上端面封閉且在中心處設(shè)有十字形手柄。篩盤3為圓筒結(jié)構(gòu)，圓筒上端面敞開，下端面設(shè)置有下凸的球冠狀篩網(wǎng)10；篩網(wǎng)網(wǎng)孔孔徑分為200mm、150mm、100mm、75mm、60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm、0.01mm和0.005mm等多種規(guī)格，篩分時(shí)根據(jù)需要選擇不同孔徑的篩盤按孔徑大小依次組裝；各篩網(wǎng)球冠面所對(duì)應(yīng)球體的半徑均相等。底盤為圓盆結(jié)構(gòu)，上端面敞開，下端面封閉且在中心處設(shè)有與轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)5連接的卡口8，同時(shí)在下端面邊緣的圓周上等距安裝有四個(gè)滾輪7。轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)5固定在基座1中心處，當(dāng)與外部電源接通時(shí)可驅(qū)動(dòng)頂蓋4、篩盤3及底盤2繞其豎直中軸線勻速轉(zhuǎn)動(dòng)?；?用于支撐所有的上部結(jié)構(gòu)，在其上端面圓周的邊緣設(shè)有與底盤2上滾輪7匹配的環(huán)形軌道6，以輔助上部結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)，并防止其傾斜。轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)5的轉(zhuǎn)動(dòng)速率由篩網(wǎng)所在球體半徑R、重力加速度g和篩網(wǎng)最大圓心角α計(jì)算所得，具體為ω2 = g/( R?cosα)。本發(fā)明從受力的角度分析，可以有效的防止土粒向篩網(wǎng)邊緣聚集，同時(shí)亦對(duì)土粒過篩的加速度有增益效果，從而提高篩分效率。

本發(fā)明的工作原理

如圖4所示，假定土粒在球冠狀篩網(wǎng)的邊緣位置，此時(shí)圓心角最大，設(shè)土粒與中心軸的夾角為α（一般情況下0＜α＜π/4），篩網(wǎng)所在球體的半徑為R，并設(shè)篩網(wǎng)繞豎直中軸線旋轉(zhuǎn)的角速度為ω。旋轉(zhuǎn)篩分過程中，土粒在篩網(wǎng)上的運(yùn)動(dòng)有兩種受力情況：一是土粒在篩網(wǎng)網(wǎng)格上，此時(shí)土粒受到垂直向下的重力G、水平向外的離心力F_離心、網(wǎng)格對(duì)土粒指向圓心的支持力N以及網(wǎng)格對(duì)土粒的摩擦力F_f ；二是土粒在篩網(wǎng)網(wǎng)孔中，此時(shí)土粒僅受到土粒受到垂直向下的重力G及水平向外的離心力F_離心。（注：離心力并非真實(shí)受力，是假想的力，這里由于土粒處在非慣性參考系中，合外力作用力為向心力，在第一種情況中為了使土粒為平衡狀態(tài)以便求其角速度，將離心力作為與向心力方向相反的力表示出來；第二種情況中由于土粒一直在做圓周運(yùn)動(dòng)，因此剛脫離網(wǎng)格時(shí)有一定的慣性，而又沒有力可提供向心力，因此會(huì)做離心運(yùn)動(dòng)，為了更好的描述這一運(yùn)動(dòng)，設(shè)定離心力為與向心力大小相等、方向相反的力。）

對(duì)于第一種情況，假定土粒在球冠狀篩網(wǎng)的邊緣位置，將土粒所受的離心力和重力按上圖所示分解為F₁、F₂、F₃、F₄，則土粒受到各力的大小為：

F_離心= m?R?sinα?ω2

G = m?g

N = F₂ + F₄

F_f =μ?N;（式中，m為土粒質(zhì)量，g為重力加速度，μ為篩網(wǎng)格的摩擦系數(shù)）

且，

F₁= F_離心?cosα，F(xiàn)₂= F_離心?sinα，F(xiàn)₃= m?g?sinα，F(xiàn)₄= m?g?cosα;

為了使土粒向四周分散移動(dòng)且不聚集在邊緣，令 F₁ - F_f - F₃ = 0，則有：

m?R?sinα?ω²?cosα=μ?(m?R?sinα?ω2?sinα+m?g?cosα)+ m?g?sinα;

計(jì)算得ω的值為，

ω² = g?(μ?cosα+sinα)/ (R?sinα?cosα -μ?R?sin²α);

由于μ值很小，在討論中將摩擦力忽略不計(jì)，因此設(shè)定，

ω² = g /( R?cosα).

若使轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)以這一角速度旋轉(zhuǎn)，在篩網(wǎng)除邊緣外的其他網(wǎng)格上，圓心角均小于α，設(shè)某點(diǎn)的圓心角為β（一般情況下0＜β＜α＜π/4），則該點(diǎn)處土粒受到的離心力為

F_離心＇= m?R?sinβ?ω² ;

此時(shí)，切線方向的受力情況為，

F₁＇= F_離心＇?cosβ，F(xiàn)₃＇= m?g?sinβ，F(xiàn)_f＇忽略，則有，

F₁＇-F₃＇= m?R?sinβ?ω²?cosβ - m?g?sinβ = m?g?sinβ?cosβ/cosα - m?g?sinβ >0

此時(shí)土粒在切線方向的合力斜向上，則土粒向篩網(wǎng)邊緣移動(dòng)。然而，隨著土粒向篩網(wǎng)邊緣的移動(dòng)， F₁＇-F₃＇的值會(huì)越來越小，直至為0，因此土粒很難聚集在篩網(wǎng)邊緣，篩分效率較高。

對(duì)于第二種情況，土粒僅受到重力和離心力的作用，兩者的合力必大于重力，則土粒過篩時(shí)瞬時(shí)加速度要大于重力加速度，較之平面篩網(wǎng)過篩效果更好。

本發(fā)明的裝置零部件很少，組裝簡(jiǎn)便，作為優(yōu)化，頂蓋、若干篩盤及底盤組裝后亦可人工開展干篩操作。