A gabona ömlesztett anyagként való viselkedése

Célkitűzés:

Homoktalajok nyugalmi szögének meghatározásának módszerének megismerése.

A szögmeghatározó eszközzel való munkavégzés készségeinek elsajátítása természetes lejtő laza talajok.

Homok nyugalmi szögének meghatározása légszáraz és víz alatti körülmények között.

A szükséges felszerelések és anyagok

Módszertani utasítások a munkavégzéshez.

Laboratóriumi munkák folyóirata.

Litvinov terepi laboratóriumának nyugalmi szögének meghatározására szolgáló műszer.

Víztároló.

A homok kohéziójának hiánya lehetővé teszi a φ 0 belső súrlódási szög meghatározását a talaj nyugalmi szögéből határegyensúlyi feltételek mellett (2.3. ábra).

2.3. ábra. A homoktámogatások nyugalmi szögének meghatározására szolgáló séma.

T1 =

ahol φ a belső súrlódási szög; tg φ – súrlódási tényező

A homokos talaj nyugalmi szöge a vízszintes síkkal, a talaj felszínével bezárt szög maximális értéke, ütések és dinamikai hatások nélkül kitöltve.

A nyugalmi szöget homokos talajra kell meghatározni légszáraz állapotban és víz alatt. A teszteléshez a Litvinov készüléket használjuk.

Munkarend

A talaj dőlésszögének meghatározása légszáraz állapotban a következőképpen történik. A készülék az asztalra van felszerelve, miközben a tolószárny le van süllyesztve. A teszthomokot a készülék kis rekeszébe öntik a tetejéig (2.4. ábra). Ezt követően a csúszó szárny fokozatosan, tolás nélkül megemelkedik; miközben a készüléket kézben tartja. A talajt fokozatosan részben egy másik rekeszbe öntik, amíg el nem érik az egyensúlyi helyzetet.

Rizs. 2.4. A homok nyugalmi szögének meghatározására szolgáló műszer általános képe (Coulomb-doboz).

A szabad lejtősík és a vízszintes sík közötti szög a nyugalmi szög. A fenék- és oldalfalon lévő felosztásnak megfelelően megszámoljuk a lejtő magasságát és fekvését, valamint kiszámítjuk a nyugalmi szög érintőjét; a leolvasásokat 1 mm-es pontossággal végezzük.

A talaj nyugalmi szögének meghatározása víz alatti állapotban abban különbözik az előzőtől, hogy miután a teszttalajt a készülék kis rekeszébe öntjük, a vizet a nagy rekeszbe öntik a tetejére. A felső szárny néhány milliméterrel meg van emelve, hogy a víz behatolhasson a kis rekeszbe. Amikor az összes talaj telített vízzel, emelje fel a szárnyat, és folytassa a vizsgálatot az előzőhöz hasonlóan. A vizsgálati eredményeket a 2.4. táblázat tartalmazza.

A gabonafélék, olajos magvak, melléktermékek és helyettesítők bizonyos fizikai és mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, szabadon folyó tömegként való viselkedésük függ az áramlás szabadságától, a szemcsemérettől és -formától, a sűrűségtől, a nyugalmi szögtől, a belső és külső súrlódástól, a tapadástól, nedvesség, elektromos töltés stb.

A fizika törvényei szerint normál körülmények között bármely anyag bizonyos állapotban létezik, például gáz-, folyékony vagy szilárd halmazállapotban. A gáznemű halmazállapotot ebben a fejezetben nem tárgyaljuk, de a porrobbanásokról szóló részben lesz szó róla. Az alábbiakban felsoroljuk a folyékony és szilárd halmazállapotú anyagok közötti fő különbségeket.

1. A folyadékra ható statikus nyomás minden irányban egyformán átvitelre kerül, ellentétben a szilárd anyagokkal, ahol a nyomás csak egy irányba terjed.

2. A folyadékkal ellentétben a szilárd anyag csúszás közben ellenáll a nyíróerőnek.

3. Vízszintes felületre történő kirakodáskor az ömlesztett tömeg egy dőlésszögű kúpot képez. A vízszintes felületre öntött folyadék tócsát képez, amelynek nyugalmi szöge nulla.

4. A szilárd anyag összenyomva megtartja alakját és kohéziós erejét.

Így a szemcsés termék tömegének fő jellemzői a folyadék és a szilárd anyag jellemzőinek kombinációja, azaz a "félfolyékony".

Valójában a granulált termékek rugalmasak és képlékeny alakváltozással rendelkeznek. A folyadékokhoz hasonlóan tartály formájában vannak, amelyben tárolják őket. Ugyanakkor a granulált termékek szilárd anyagok, mivel a termék vízszintes síkra öntésekor nyugalmi szöget képeznek. Tapadási szilárdságuk értéke a nagyobb tapadásúak között helyezkedik el szilárdés egy olyan folyadék, amelyet kisebb adhézió jellemez.

A szemcsés ömlesztett anyagok fizikai és mechanikai tulajdonságainak tanulmányozása során nagyon sok kis szilárd részecskéből álló komplexumként jelennek meg, amelyek egymáshoz képest mozoghatnak, és így ömlesztett tömeget alkotnak.

A lejárat jellege

Az ideális szemcsés, szabadon folyó termék kerek vagy sokszögű, egymáshoz nem kötődő részecskékből áll, amelyek a gravitáció hatására mozognak. Ezt a folyamatot a termék lejárati jellegének nevezzük.

A gravitációs áramlás szemléltetésének legszemléletesebb módja egy átlátszó garat, amelybe ugyanazon termék különböző színű vízszintes rétegeit öntik.

A jó szabadon folyó termékeket szabadon folyó termékek jellemzik, és olyan klasszikus gabonákat tartalmaznak, mint a búza, kukorica, szójabab és árpa.

A kevésbé kedvező áramlási mintájú ömlesztett termékeket nehezen folyósíthatónak nevezzük; ezek közé tartozik például a tápióka, szójaliszt, kopra és különféle szemcsés ömlesztett termékek.

A jó, szabadon folyó termékek alkotóelemeinek vonzóereje alacsony, így a szabadon folyó tömeg könnyen áramlásra kényszeríthető a gravitáció hatására, még akkor is, ha tömörítették. A lejárat után az ilyen anyagok külön részecskékre válnak szét. Általában a jó folyóképességű termékek kevés problémát okoznak az ürítőrendszer kiválasztásában és kialakításában. A nehezen folyó termékekben a részecskék közötti kohéziós erők meglehetősen nagyok, és megakadályozzák a szabad áramlást; amikor az ilyen termékek lejárnak, csomók képződnek. Ez az áramlási ellenállás számos problémához vezethet, például terhelési problémákhoz, a gravitációs áramlások blokkolásához, íveléshez. Ezért a termékek folyási tulajdonságai határozzák meg a szállítórendszer típusát és alkatrészeit.

Részecskeméret és -forma

Lejárat ömlesztett anyag az egyes részecskék másodlagos mobilitásától is függ a mozgásuk folyamatában.

Ebben az összefüggésben nagyon fontos az egyes részecskék alakja és mérete, valamint belső súrlódása. A szabályos alakú vagy porozitású részecskék körüli szabad tér ("üregek") miatt egymásra rakódásuk nem lehet olyan, hogy mechanikai kötés alakuljon ki közöttük, így a részecskék szabad mozgásának nem lehet akadálya. viszony a szomszédokhoz. A szabálytalan alakú részecskék vagy a nagy és kis részecskék keveréke (por) között pedig kohézió alakulhat ki, ami ezért befolyásolja a kiáramlás jellegét.

Az azonos méretű és szabályos formájú részecskékből álló ömlesztett anyag szemcsemérete könnyen megállapítható, a legnagyobb lineáris méretet vesszük alapul. Azonban gyakran az ömlesztett termék nagy részét alkotó részecskék mérete és alakja eltérő. Ez sokkal nehezebbé teszi egyetlen érték megszerzését, amely leírná a részecskék méretét. Szabálytalan alakú részecskék esetén a hossznak, vastagságnak és átmérőnek nincs jelentősége, mivel az egyes részecskékre annyi különböző mennyiség határozható meg. A szabálytalan alakú részecskék méretének egy mértékkel való ábrázolására leggyakrabban az "átlagméretet" használják. A tapasztalat azonban azt mutatja, hogy az ugyanabban a termékben lévő különböző méretű részecskék, amelyeknek azonos az „átlagos mérete”, meglehetősen eltérő kezelési és kezelési jellemzőket mutathatnak. Számos módszer létezik egy adott termék részecskeméretének meghatározására. Ezek közé tartozik az egyszerű mechanikus szitálás, amely valószínűleg a leghatékonyabb, valamint az ülepítési módszerek és a kifinomult optikai mikroszkópos módszerek.

Általában a 0,25 mm-nél kisebb részecskéket nem tartalmazó, szabadon folyó termékek tekinthetők szabadon folyó, szabadon folyó terméknek. A nagyobb termékrészecskék, amelyekben nincsenek kisebb részecskék kötőanyagként, általában passzívak és nem akadályoznak. Más szóval, egy ömlesztett termék folyási jellemzőit főként a benne lévő finomszemcsék tartalma határozza meg.

Sűrűség és térfogatsűrűség

A térfogatsűrűség ismerete elengedhetetlen a tárolórendszer tervezésének számos fontos tényezőjének meghatározásához. A granulált termék sűrűsége az a sűrűség, amelyet anélkül határoztak meg, hogy figyelembe vették volna a termék összenyomásának hatását. Ez a helyzet például akkor fordul elő, ha egy szemcsés terméket szorosan egy kis tartályba csomagolnak. Nyilvánvalóan a térfogatsűrűség függ az anyag állapotától, azaz a részecskék sűrűségétől, a részecskék alakjától, valamint a részecskék egymáshoz viszonyított halmozásától vagy elrendezésétől. Idővel azonban az átorientáció vagy ülepedés következtében a levegő elhagyja az ömlesztett tömeget, az e tömeg által elfoglalt térfogat csökken, és a térfogatsűrűség nő. Értéke 20%-kal több lehet a szokásos sűrűségnél.

A térfogatsűrűség meghatározásához ismert mennyiségű terméket óvatosan egy mérőhengerbe öntünk, és megmérjük a térfogatot. Ez lesz az ömlesztett termék térfogatsűrűsége lazított állapotban. A henger alapját 12-szer az asztalon ütögetve megkaphatjuk a leülepedett ömlesztett tömeg térfogatsűrűségét, ha a minta tömegét elosztjuk az új térfogattal. A termék csomagolási sűrűségének növelése általában csökkenti a termék folyóképességét. A silók tervezésénél ezt a megnövekedett térfogatsűrűséget figyelembe kell venni; Az "átlagsűrűség" az alsó réteg maximális sűrűsége és a felső réteg minimális sűrűsége közötti érték.

Nyugalmi szög

Amikor a szemcsés termék egy kis lyukon keresztül egy sík vízszintes felületre áramlik, kúp formájában felhalmozódik. A vízszintes és a kúp generatrixa közötti szöget nyugalmi szögnek nevezzük. Minden terméknek megvan a maga dőlésszöge, például a búza 25°, a zab 27°, a kukorica 27° és az árpa 28°.

A nyugalmi szög hasznos mértéke a termék vérzési képességének; általában minél kisebb a nyugalmi szög, annál könnyebben fog folyni a termék. Figyelembe kell venni, hogy bár az ömlesztett termék áramlási képességét tekintve nem a nyugalmi szög a fő tulajdonsága, ez a tárolórendszer kialakításánál alkalmazott termékjellemző. A nyugalmi szög (fok) alábbi értékei vehetők figyelembe:

A gyakorlat azt mutatja, hogy siló feltöltésekor a nyugalmi szöget az anyag esési magassága, a töltési sebesség és a töltési kapacitás is befolyásolja. Egy adott termék dőlésszöge megközelítőleg megegyezik a termék minimális belső súrlódási szögével.

A termék súrlódása (belső és külső)

A súrlódásnak két fajtája van, nevezetesen: a külső súrlódás, ami a szemcsék súrlódása a siló falaihoz, és a belső súrlódás, ami a szemek egymáshoz való súrlódása.

A rossz folyóképességű termékeknek nagyobb a belső súrlódási együtthatója és erősebb a tapadása, mint a jó folyóképességű termékeknek.

Egy adott termék falsúrlódási és belső súrlódási együtthatóinak pontos értékei kísérletileg beszerezhetők speciális laboratóriumokban. A legtöbb elterjedt termék esetében ezek az adatok megtalálhatók az adott kiadványokban és szabványokban, de ritka termékek esetében alapos előzetes laboratóriumi vizsgálatra van szükség.

páratartalom

A higroszkópos termékek részecskéi felszívnak minden nedvességet, amíg egy bizonyos körülmény bekövetkezik, amelyben a további felszívódás nem lehetséges (csomósodás).

Ebben a formában a nedvesség nem segíti elő a termék részecskéinek tapadását. A nem higroszkópos termékeknél minden nedvesség a részecskék felületére kerül, ami miatt azok megtapadhatnak (szabad vagy felületi nedvesség).

elektrosztatikus töltés

A pneumatikus vagy mechanikus szállítás következtében elektrosztatikus töltés halmozódhat fel a részecskéken. A tapasztalat azt mutatja, hogy egy ilyen töltet drasztikusan megváltoztathatja a jó folyóképességű termék folyásának jellegét.

Laboratóriumi tesztek

Egy új és ismeretlen ömlesztett termék tulajdonságainak tisztázásához, amelynek végső célja egy kielégítő szállítási és tárolási rendszer kialakítása, célszerű először a folyóképességét elemezni, és meghatározni a részecskék és az ömlesztett tömeg jellemzőit.

Vannak speciális laboratóriumok, amelyek ilyen elemzéseket végeznek. A kutató úgy választja ki a vizsgálati paramétereket, hogy elérje a kritikus kiáramlási feltételeket. Kiválasztását a múltbeli tapasztalatokra alapozza, és számos paraméteren teszteli az ilyen feltételeket.

Ha hibát talál, kérjük, jelöljön ki egy szövegrészt, és kattintson rá Ctrl+Enter.

Talajok nyugalmi szögének meghatározása

Nyugalmi szög φ, fok, az a szög, amelynél a homokos talaj megerősítetlen lejtése egyensúlyt tart, vagy a szabadon öntött talaj felszínének dőlésszöge a vízszintes síkhoz képest.

A nyugalmi szög meghatározása fontos a földszerkezetek: töltő- és feltöltőgátak, úttöltések, töltésgátak, zagytárak tervezésénél, valamint a természetes rézsűk stabilitásának felmérésében, megerősítését szolgáló intézkedések végrehajtásában.

Azokban az esetekben, amikor a részecskék nyírási ellenállását csak a súrlódási erők határozzák meg, a nyugalmi szög egybeesik a belső súrlódás szögével {φ = φо). Valós talajokon azonban a nyírási ellenállás "nem csak a súrlódási erőktől függ, hanem a részecskék kapcsolódásától és egyéb befolyásoló tényezőktől is φ, azaz

ahol φ p,- súrlódás miatti alkatrész; φ L - ugyanaz, eljegyzés miatt; φ és - ugyanaz, a részecskék nyírása miatt.

Összetevő φ T attól függ ásványi összetétel részecskék, felületi filmek jelenléte stb., φ L - a felületi érdességre és a részecskék csomagolási sűrűségére, ill φ és - a talajszemcsék gömbölyűségén és alakján. Ezért az értékek φ És φ oáltalában eltérőek, különösen sűrű és heterogén homok esetén. Azonban a szög a természetes

fonat φ o a nem kohéziós talajok szilárdságának könnyen meghatározható és kényelmes jellemzője. A módszert csak a laza talajok - tiszta homok - belső súrlódási nagyságának közelítő meghatározására használják. Tiszta homokban a belső súrlódási szög értéke megközelítőleg megfelel a nyugalmi szögnek, t. az a szög, amelynél a homokos talaj megerősítetlen lejtése stabil.

A nyugalmi szög meghatározása az UVT készüléken történik (8.44. ábra), amely egy fém raklapasztalból, egy tartóból és egy tartályból áll. A raklap trex tartókra van felszerelve, és 0,8 ... 1,0 mm átmérőjű furatokkal van perforálva, hogy a homokot vízzel telítsék. A raklapasztal közepére szerelt skála 5°-tól 45°-ig terjedő osztásokkal rendelkezik, amelyek meghatározzák a dőlésszöget.

Rizs. 8.44. Homokos talajok nyugalmi szögének meghatározására szolgáló eszköz: egy készülék diagram: 1 tartály: 2 tartályfedél: 3 kapocs: 4 asztal: 5 perforált fenék: 6 - skála: 7 - támogatás: b - az eszközök általános képe

A nyugalmi szög meghatározása légszáraz állapotban . Az asztalra egy kapocs van felszerelve, amelybe a tölcséren keresztül homokot öntenek, amíg meg nem telik, enyhén megérintve a kapcsot. Óvatosan, ne szórják szét a homokot, függőlegesen emelik fel a kapcsot, és a kialakult homokkúp tetején leolvasják a skálát.

A kísérletet háromszor megismételjük, és kiszámítjuk a számtani átlagot. Az ismételt meghatározások közötti eltérés nem haladhatja meg az 1 fokot.

A homok víz alatti nyugalmi szögének meghatározása . A ketrec homokkal való feltöltése után a tartályt megtöltjük vízzel, és miután a minta teljesen telített, meghatározzuk a nyugalmi szöget.

Lejtők előzetes hozzárendeléséhez gödrök és kőbányák esetében javasolt a talaj természetes nyugalmának szögeihez közeli szögértékek vezetése (8.61. táblázat).

8.61. táblázat

Ömlesztett talajok nyugalmi szöge

A nem kohéziós talajok nyugalmi szögét (#>") befolyásolja granulometrikus összetételük egyenletessége: a monodiszperz talajok nagy értéket képviselnek. φо, mint az azonos ásványi összetételű polidiszperz talajok. Ez azzal magyarázható, hogy a keverékben kis részecskék töltik ki a nagyok közötti réseket, ami megkönnyíti a keveredésüket a lejtőfelület mentén.

A talajban lévő folyadékok jelenléte nagyban befolyásolja a laza talaj részecskéi közötti súrlódást, melynek jelenléte csökkenti φ. A nem összefüggő homoktalajokban a nedvesség jelentősen befolyásolja a belső súrlódási szöget. Ahogy a homok nedvességtartalma a maximális molekuláris vízkapacitásig nő, a φ értéke ról ről természetesen csökken a súrlódás fokozatos csökkenése miatt, és a maximális molekuláris nedvességkapacitás mellett eléri a minimumot. A homok nedvességtartalmának további növekedése a részecskék közötti kapilláris összeköttetés kialakulásához vezet; ennek köszönhetően a belső súrlódási szög növekedni kezd és a kapilláris kapacitás páratartalmán éri el a maximumot, amikor a részecskék közötti kapilláris vonzási erők a legnagyobbak. A homok nedvességtartalmának ezt követő növekedése csökkenti a kapillárisok összekapcsolódását, csökken a súrlódás a szemcsekontaktusoknál, a belső súrlódási szög pedig fokozatosan csökken, a homok teljes vízzel telített állapotában elérve a minimális értéket.

Nyugalmi vagy nyugalmi szög - ez a rakomány alapjának síkja és a generatrix közötti szög, amely a rakomány típusától és állapotától függ. Nyugalmi szög a szemcsés, nem kohéziós anyag, azaz a szabadon folyó anyag maximális dőlésszöge. A laza és porózus ömlesztett rakományok nagyobb nyugalmi szöggel rendelkeznek, mint a tömör darabos rakományok. A páratartalom növekedésével a nyugalmi szög növekszik Sok ömlesztett rakomány hosszú távú tárolása során a nyugalmi szög a tömörítés és a csomósodás miatt megnő. Tegyen különbséget a nyugalmi és mozgási nyugalmi szög között. Nyugalomban a nyugalmi szög 10-18°-kal nagyobb, mint mozgás közben (például szállítószalagon).

A teher nyugalmi szögének értéke a terhelés alakjától, méretétől, érdességétől és egyenletességétől függ

részecskék, a rakomány tömegének nedvességtartalma, lerakásának módja, kezdeti állapota és a tartófelület anyaga.

Különféle módszereket alkalmaznak a nyugalmi szög nagyságának meghatározására; a legelterjedtebb módszerek a töltés és barlangászat.

A nyírószilárdság és a terhelés főbb paramétereinek kísérleti meghatározása általában közvetlen nyíró, egytengelyű és triaxiális kompressziós módszerekkel történik. A rakomány tulajdonságainak közvetlen nyírási módszerekkel végzett vizsgálata ideális és kohéziós ömlesztett szilárd anyagokra egyaránt alkalmazható. Az egytengelyű (egyszerű) nyomó-zúzás vizsgálati módszere csak koherens szemcsés testek teljes nyírási ellenállásának felmérésére alkalmazható, feltéve, hogy a vizsgálati minta minden pontján egyenletes feszültségi állapot megmarad. A koherens szemcsés test jellemzőinek vizsgálatának legmegbízhatóbb eredményei a triaxiális kompressziós módszerrel érhetők el, amely lehetővé teszi a terhelési minta szilárdságának vizsgálatát körkörös kompresszió mellett.

A finomszemcsés anyagok (10 mm-nél kisebb részecskeméret) dőlési szögének meghatározása "döntött doboz" segítségével történik. A nyugalmi szög ebben az esetben az a szög, amelyet a vízszintes sík és a vizsgálódoboz felső széle alkot abban a pillanatban, amikor a dobozban lévő anyag tömege leválása megkezdődik.

Az anyag nyugalmi szögének meghatározására szolgáló hajómódszert "dönthető doboz" hiányában használják.

ka". Ebben az esetben a nyugalmi szög a teherkúp generátora és a vízszintes közötti szög

repülőgép.

Nyugalmi szög. Meghatározási módszerek természetes körülmények között

Nyugalmi szög vagy nyugalmi szög - e majd a rakomány alapjának síkja és a generatrix közötti szög, amely a rakomány típusától és állapotától függ. A nyugalmi szög a nem kohéziós szemcsés anyag, azaz a szabadon folyó anyag maximális dőlésszöge.

A gyakorlatban adatok a nyugalmi szög a rakomány felhalmozási területének, a rakományban lévő rakomány mennyiségének, a rakodótéren belüli berakodási munka mennyiségének meghatározására használják, amikor a rakomány nyomását a körülvevő falakra számítják

Különféle módszereket alkalmaznak a nyugalmi szög nagyságának meghatározására; A leggyakoribb módszerek a töltésekÉs összeomlás.

Kísérleti meghatározás nyírási ellenállásés a rakomány főbb paramétereit általában módszerekkel állítják elő egyenes vágás, egytengelyűÉs triaxiális kompresszió.

A nyugalmi szög meghatározása finomszemcsés anyagok(10 mm-nél kisebb részecskeméret) a " ferde doboz". A nyugalmi szög ebben az esetben az a szög, amelyet a vízszintes sík és a vizsgálódoboz felső széle alkot abban a pillanatban, amikor a dobozban lévő anyag tömege leválása megkezdődik.

hajó módszer az anyag nyugalmi szögének meghatározását "billentő doboz" hiányában használják. Ebben az esetben a nyugalmi szög a teherkúp generatrixa és a vízszintes sík közötti szög.

A nyugalmi szögek természetes körülmények között történő mérésének gyakorlata azt mutatja, hogy ezek értéke valamelyest változtatások attól függően, hogy dömping módszer rakomány (sugársugár vagy eső), tömegek vizsgált rakomány, Magasság, amellyel kísérleti töltést végeznek.

Kényelmes gyors mérésekhez Mohs módszer, amelyben a gabonát egy téglalap alakú, 100x200x300 mm méretű üvegfalú dobozba öntik a magasságának 1/3-ára. A dobozt óvatosan 90°-kal elforgatjuk, és megmérjük a szemcse felülete és a vízszintes (elforgatás utáni) fal közötti szöget.