Определениеосновных физико-механических свойств насыпных грузов

1.1 Цель работы

1.1.1. Определить насыпную массу и угол естественного откоса груза.

1.1.2. Определить угол и коэффициент внутреннего трения насыпного груза.

1.1.3. Изучить методику определения этих параметров и их влияние на выбор транспортирующих машин.

1.2. Основные теоретические положения

Выбор типа транспортирующих машин и их параметров связан с физико-механическими свойствами транспортируемых грузов. Насыпные транспортируемые грузы характеризуются следующими свойствами: кусковатостью частиц, насыпной плотностью, подвижностью, абразивностью, влажностью, липкостью, слеживаемостью, смерзаемостью, взрываемостью, ядовитостью, коррозирующими свойствами.

Кусковатостью(или гранулометрический состав) частиц груза характеризуется линейными размерами однородных частиц в заданном объеме(пробе). По размерам частиц насыпные грузы делятся по категориям кусковатости - от пылевидных (а <= 0,05 мм) до особо крупнокусковатых (а > 320 мм).

По однородности грузы разделяют на рядовые (К > 2,5) и сортированные (K<=2,5)

где Lmax и Lmin - линейные размеры наибольшей и наименьшей частиц груза.

Кусковатость частиц насыпного груза учитывают при выборе транспортирующей машины, ширине несущего органа, при определении входных и выходных отверстий бункеров.

Насыпной плотностью p называют массу единицы объема груза. Она зависит от кусковатости и влажности частиц груза. По плотности грузы делятся на: легкие(p<=0,6т/м3), средние(p=0,6...1,0т/м3), тяжелые(p=1,1...2,0т/м3), весьма тяжелые(p>2,0т/м3). Плотность груза учитывается при определении расчетных линейных нагрузок и массовой производительности транспортирующих машин.

Подвижность частиц груза характеризуется коэффициентами внутреннего и внешнего трения и углом естественного откоса груза.

Коэффициент внутреннего трения fв зависит от давления в грузе и сил сцепления между частицами и связан с углом трения зависимостью fв=tgφ. Угол трения φ определяется из диаграммы напряжений(рис 1.1), на которой показана зависимость касательных напряжений T(напряжение среза) от нормальных напряжений сжатия S. Касательное напряжение T0 соответствуют начальному сопротивлению сдвига и характеризуют силу сцепления частиц между собой. Хорошо сыпучие грузы имеют T0 близкие к нулю. Начальное сопротивление сдвига зависит от размеров частиц, степени уплотнения и влажности груза.

Угол естественного откоса α - угол между поверхностью откоса и горизонтальной плоскостью(рис.1.2). Величина угла α зависит от кусковатости частиц и влажности груза. Различают угол естественного откоса в покое αn и в движении αд. Обычно αд=0,7αn, так как в последнем случае на частицы груза действуют дополнительно динамические силы. Для хорошо сыпучих грузов α=φ.

Величина естественного откоса используется при определении площади сечения груза на несущем органе конвейера.

1.3 Лабораторные установки

1.3.1. Насыпная плотность груза определяется с помощью мерного цилиндра ёмкостью 1л. Цилиндр имеет шибер, которым срезаются излишки насыпанного в цилиндр груза. Оставшийся груз взвешивается и насыпная плотность p(т/м3) определяется по формуле:

Где - масса, т; - объем цилиндра, м³

Рис 1.1

1.3.2. Угол естественного откоса измеряется с помощью мерного цилиндра и двух линеек. Для этого мерный цилиндр, наполненный грузом, необходимо поставить на горизонтальную плоскость шибером вниз (дном вверх), вытянуть шибер и медленно поднять цилиндр. Груз при этом образует на плоскости конический штабель. Замеряется диаметр штабеля В (рис. 1.2) и высота треугольника ab - касательной к поверхности штабеля в т. а и вертикальной bc.

Угол естественного откоса определяется по формуле

1.3.3. Коэффициент внутреннего трения определяется путем построения диаграммы напряжений(см. рис.1.1) по результатам измерений на лабораторной установке(см. рис. 1.3), которая состоит из короба 1 для насыпного груза, рамки 2, соединенной шнуром 3 с подвеской для разновесов 4. Для определения коэффициента внутреннего трения необходимо груз засыпать в подвижную рамку 2 на высоту h. Путем последовательной установки разновесов на подвеску добится начала движения рамки 2.

Повторить опыт еще 203 раза при различной высоте груза h.

Определить напряжения G(Па) и T(Па) по формулам

где ρ- плотность груза, кг/м³; h - высота груза в рамке, м; mгр- масса грузов на подвеске, требуемых для передвижения груженой рамки, кг; mп- масса грузов на подвеске, требуемых для передвижения порожней рамки, кг; A - площадь груза в рамке, м²; g - ускорение свободного падения, м²/с; η=0,97 - к.п.д. блока.

По полученным результатам построить диаграмму напряжений (рис 1.1) в координатах T-G. Для этого необходимо провести прямую наиболее близко отстоящую или проходящую через экспериментальные точки и продлить ее до пересечения с ординатой G.

Угол между прямой "ac" и ординатой G и будет углом внутреннего трения φ, а коэффициент внутреннего трения

1.4 Порядок выполнения работы

1.4.1. Определить насыпную плотность груза как указано в п. 1.3.1. и результаты свести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Материал

Масса груза в цилиндре, кг

Объем цилиндра, м³

Насыпная плотность, кг/м³

1.4.2. Определить угол естественного откоса груза как указано в п. 1.3.2 и результаты свести в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

Насыпной груз	Угол естественного покоя
В покое αп	В движении αд
Сухой песок
Влажный песок

1.4.3. Определить коэффициент внутреннего трения груза (песка) по методике, изложенной в п. 1.3.3. и результаты свести в таблицу 1.3.

Таблица 1.3

№ опыта	Fn, кг	Fгр, кг	h, м	А, м²	G = h∙ρ∙g, Па	τ=(mгр-mп)gη -------------- А, Па

По результатам табл. 1.3. построить диаграмму напряжений T-G и определить коэффициент внутреннего трения по формуле (1.5).

1.5. Требования по технике безопасности

Перед выполнением лабораторной работы преподаватель обязан проинструктировать студентов по ТБ на рабочем месте.

1.6 Требования к состоянию отчета

Отчет составляется каждым студентом самостоятельно. В отчете должны быть отражены результаты опытов и сделаны выводы по этим результатам.

1.7 Литература

1.7.1. / 1/, с. 29...34.