1.2 Методика и прибор для одноосного сжатия сыпучих грузов

Уплотнение массы груза в бункере происходит в условиях одноосных деформаций, что характеризуется увеличением числа контактов отдельных его частиц, через которые передаются силы сжатия и касательные силы сдвига. Это происходит при скольжении частиц относительно друг друга и вдоль стен хранилища с разрушением неустойчивых структур материала (комков), упорядочиванием частиц груза (вытеснением воздуха) и т. п. Деформации насыпи в силосе (бункере) с жесткими стенками близка к сжатию сыпучих материалов в одометре.

Целью проведения исследований деформационных свойств является определение величин объемной плотности трудносыпучих грузов при различной степени уплотнения с течением времени.

Определение деформационных характеристик проводится на приборе сжатия, изображенном на рисунке 1.5. Прибор имеет латунный одометр с высотой рабочего кольца 1 h = 40 мм и площадью S = 50 см² (представлен на рисунке 1.6). Давление на образец, засыпанный в одометр, передается через шток 2 при помощи гирь, устанавливаемых на подвеску рычага 3. Соотношение плеч рычага равно 1:10. Для компенсирования начального давления на образец от системы нагружения предусмотрено ее уравновешивание противовесом 4. Для передачи осевой вертикальной нагрузки соединение штока 2 и поршня 5 осуществляется через центрирующий шарик 6. Отсчет деформаций берется по стрелочному индикатору 7 часового типа ИЧ-10 с ценой деления 0,01 мм.

Перед проведением опытов прибор должен быть тарирован в тех же условиях и при тех же ступенях нагрузки, собственные деформации прибора исключаются при расчете действительной деформации образца. Загрузка материала в одометр осуществляется при высоте падения, близкой к нулю, и обеспечивает получение ровной верхней поверхности и рыхлой структуры.

О бразец определенной массы с заданной начальной объемной плотностью засыпается в рабочее кольцо. После сборки прибора записывается начальный отсчет деформаций и время, на рычаг устанавливается груз, соответствующий первой ступени нагрузок. Отсчет по индикатору производится через установленные интервалы времени до условной стабилизации деформаций, затем прикладывается следующая ступень нагрузки и т. д., до завершения опыта.

Относительная вертикальная деформация образцов i_z равна относительному изменению объема, т. е.:

, (1.5)

где h₀,V₀ – соответственно начальная высота и объем образца;

Δh, ΔV – изменение высоты и объема образца под нагрузкой соответственно.

В результате исследований определяют также величины объемной плотности γ при соответствующих нагрузках. Величина γ рассчитывается по формуле:

, (1.6)

где G – масса образца, кг;

V_i=V₀ – ΔV – занимаемый объем при уплотняющей нагрузке, м³.

1.3 Методика и прибор для исследования сопротивления сдвигу сыпучих грузов

Известно, что при увеличении сроков хранения грузы подвергаются слеживанию и происходит рост удельного сцепления частиц, это позволяет использовать его изменение для оценки слеживаемости материалов.

Определение сопротивления сдвигу заключается в измерении усилия, необходимого для сдвига образца, находящегося под давлением. Тем самым имитируется разрушение соответствующей массы данного материала в бункере – начало истечения после открытия выгрузного отверстия.

Определение коэффициентов трения производится на трибометре конструкции Р. Л. Зенкова, изображенном на рисунке 1.7. Он состоит из желоба 1, заполняемого исследуемым грузом, и подвижной рамки 4. Рамка 4 катками 6 опирается на направляющие 3 и соединена с грузовой чашкой 9 посредством троса 7, перекинутого через блок 8. Для имитации слеживаемости образец в рамке 4 уплотняется при помощи прижимной пластины с грузами 5. Поверхность сдвига в желобе 1 может меняться при установке пластины 2 (исследуемый сыпучий материал, сталь, фторопласт, и т. д.).

Испытание каждого образца на сдвиг состоит из 2-х стадий: 1 стадия – подготовка образца – его уплотнение нагрузкой Р; 2-я – собственно сдвиг.

На первой стадии в рамку засыпается исследуемый материал, и сверху на него укладывается пластина с грузом. Для более равномерного уплотнения под действием вертикальной нагрузки рамке следует сообщить несколько (до 10) возвратно-поступательных движений небольшой амплитуды. Уплотнение продолжается в течение 1ч, что соответствует условной стабилизации вертикальной деформации.

Испытание на сдвиг (2-я стадия) производится при меньшей вертикальной нагрузке, чем при уплотнении. Рекомендуется принимать нагрузку при срезе в размере ⅓Р и ⅔Р. При этом необходимо соблюдать зазор 0,5…2 мм, между нижней кромкой рамки и материалом в желобе.

Сдвигающее усилие создается увеличением массы груза на грузовой чашке до тех пор, пока перемещение подвижной рамки не достигнет величины 5мм или полного среза образца.

Зависимость касательных (сдвигающих) напряжений τ от нормальных (вертикальных) σ подчиняется закону Кулона:

(1.7)

где tg φ = f – тангенс угла внутреннего трения – коэффициент внутреннего трения;

с – удельное сцепление между частицами, Па.

При проведении исследований для заданных вертикальных давлений фиксируется сопротивление сдвигу, при котором возникает сдвиг рамки. По полученным парам значений строится зависимость τ = f(σ), позволяющая определить величину удельного сцепления.

Значение коэффициента трения определяется по формуле

(1.8)