Содержание
Естественный откос грунта. Поведение зерна как сыпучего материала
indeco — портал о ремонте и декоре »
Дополнительные и доборные элементы »
Естественный откос грунта. Поведение зерна как сыпучего материала
Определение угла естественного откоса грунтов
Углом естественного откоса
φ, град., называется угол, при котором неукрепленный откос песчаного грунта сохраняет равновесие или угол наклона поверхности свободно насыпанного грунта к горизонтальной плоскости.
Определение угла естественного откоса имеет важное значение при проектировании грунтовых сооружений: насыпных и намывных плотин, дорожных насыпей, дамб обвалования, хвостохранилищ, а также для оценки устойчивости естественных откосов и для проведения мероприятий но их укреплению.
В тех случаях, когда сопротивление сдвигу» частиц определяется лишь силами трения. угол естественного откоса совпадает с углом внутреннего трения {φ
= φо
). Однако в реальных грунтах сопротивление сдвигу» зависит не только от сил трения, но также от зацепления частиц и других факторов, влияющих на φ,
т.
е.
где φ р,
— составляющая за счет трения; φ Л —
то же, за счет зацепления; φ с —
то же, за счет среза частиц.
Составляющая φ Т
зависит от минерального состава частиц, наличия поверхностных пленок и др., φ Л —
от шероховатости поверхности и плотности упаковки частиц, а φ с —
от окатанности и формы частиц грунта. Поэтому значения φ
и φ о
обычно различаются, особенно для плотных и неоднородных по структуре песков. Однако угол естественного от
коса φ о
является легко определяемой и удобной характеристикой прочности несвязных грунтов. Способ применяется только для приближенного определения величины внутреннего трения сыпучих грунтов — чистых песков. В чистых песках приближенно величина угла внутреннего трения соответствует углу естественного откоса, т. с. углу, при котором неукрепленный откос песчаного грунта является устойчивым .
Угол естественного откоса определяют на приборе УВТ (рис. 8.44), который состоит из металлического столика-поддона, обоймы и резервуара.
Поддон установлен на тpex опорах и перфорирован отверстиями диаметром 0,8…1,0 мм для водонасыщения песка. Шкала, укрепленная в центре столика-поддона, имеет деления от 5° до 45°, по которым определяется угол откоса.
Рис. 8.44. Прибор для определения угла естественного откоса песчаных грунтов: а схема прибора: 1 резервуар: 2 крышка резервуара: 3 обойма: 4 столик: 5 перфорированное дно: 6
— шкала:
7 — опора: б — общий вид приборов
Определение угла естественного откоса в воздушно-сухом состоянии
. На столик устанавливают обойму, в которую через воронку насыпают песок до ее заполнения, слегка постукивая по обойме. Осторожно, стараясь не рассыпать песок, вертикально поднимают обойму и но вершине образовавшегося песчаною конуса берут отсчет по шкале.
Опыт повторяют 3 раза и рассчитывают среднее арифметическое показание. Расхождение между повторными определениями не должно превышать 1 градус.
Определение угла естественного откоса песка под водой
.
После заполнения обоймы песком резервуар наполняют водой и после полного насыщения пробы определяют угол естественного откоса.
Для предварительного назначения откосов
котлованов и карьеров рекомендуется руководствоваться значениями углов, близкими к углам естественного откоса грунта (табл. 8.61).
Таблица 8.61
Угол естественного откоса насыпных грунтов
На величину угла естественного откоса (#>») несвязных грунтов влияет однородность их гранулометрического состава: монодисперсные грунты обладают большим значением φо,
чем полидисперсные грунты такого же минерального состава. Это объясняется тем, что в смеси мелкие частицы заполняют промежутки между крупными, что облегчает их смешение по поверхности откоса.
Большое влияние на трение между частицами несвязного грунта оказывает наличие в грунте жидкостей, присутствие которых снижает φ.
В несвязных песчаных грунтах влажность существенно влияет на угол внутреннего трения.
С ростом влажности песка до максимальной молекулярной влагоемкости величина φо
закономерно снижается за счет постепенного уменьшения трения и достигает минимума при максимальной молекулярной влагоемкости. Дальнейшее увеличение влажности песка приводит к образованию капиллярной связности между частицами; за счет этого угол внутреннего трения начинает увеличиваться и достигает максимума при влажности капиллярной влагоемкости, когда силы капиллярного притяжения между частицами наибольшие. Последующее увеличение влажности песка снижает капиллярную связность, трение на контактах частиц снижается, и угол внутреннего трения постепенно уменьшается, достигая минимального значения в состоянии полного водонасыщения песка .
Цель
работы:
Ознакомление
с методикой определения угла естественного
откоса для песчаных грунтов.
Приобретение
навыков в работе с прибором для
определения угла естественного откоса
сыпучих грунтов.
Определение
угла естественного откоса песка в
воздушно-сухом и подводном состоянии.
Необходимое
оборудование и материалы
Методические
указания к выполнению работы.
Журнал
лабораторных работ.
Прибор
для определения угла естественного
откоса полевой лаборатории Литвинова.
Емкость
с водой.
Отсутствие
сцепления в песках позволяет определять
угол внутреннего трения φ 0
по углу естественного откоса грунта в
условиях предельного равновесия (рис.
2.3.).
Рис.2.3.
Схема к определению
угла
естественного
откоса
песчаного
гранта.
T 1 =
где
φ
– угол внутреннего трения; tg
φ
– коэффициент трения
Углом
естественного откоса песчаного грунта
называют максимальное значение угла,
образуемого с горизонтальной плоскостью,
поверхностью грунта, отсыпанного без
толчков и динамических воздействий.
Угол
естественного откоса определяют для
песчаного грунта в воздушно-сухом
состоянии и под водой. Для испытания
используем прибор Литвинова.
Порядок выполнения работы
Определение
угла естественного откоса грунта в
воздушно-сухом состоянии производят
следующим образом.
Прибор устанавливают
на стол, выдвижная створка при этом
опущена до дна. В малое отделение прибора
до верха засыпают испытываемый песок
(рис.2.4). После этого постепенно поднимают
выдвижную створку без толчков; при этом
прибор придерживают рукой. Грунт
постепенно частично пересыпается в
другое отделение до наступления положение
равновесия.
Рис.
2.4. Общий вид прибора для определения
угла естественного откоса песков (Ящик
Кулона).
Угол
между плоскостью свободного откоса и
горизонтальной плоскостью и есть угол
естественного откоса. По делениям на
днище и боковой стенке отсчитывают
высоту и заложение откоса и вычисляют
тангенс угла естественного откоса;
отсчеты ведут с точностью до 1мм.
Определение
угла естественного откоса грунта в
подводном состоянии отличается от
предыдущего тем, что после того, как в
малое отделение прибора насыпают
испытываемый грунт, в большое отделения
до верха наливают воду. Верхнюю створку
подымают на несколько миллиметров,
чтобы вода могла проникнуть в малое
отделение.
Когда весь грунт пропитается
водой, поднимают створку выше и испытание
продолжают так же, как и предыдущее.
Результаты испытаний заносят в таблицу
2.4.
Зерновые, семена масличных культур, побочные продукты и заменители имеют определенные физические и механические свойства, и их поведение как сыпучей массы зависит от свободы истечения, размера и формы частиц, плотности, угла естественного откоса, внутреннего и внешнего трения, сцепляемости, влажности, электрического заряда и т. п.
По законам физики, в обычных условиях любое вещество существует в определенном состоянии, например, в газообразном, жидком или твердом. Газообразное состояние не обсуждается в этой главе, однако оно будет рассмотрено в разделе, посвященном взрывам пыли. Ниже перечисляются основные различия между веществом в жидком и твердом состоянии.
1. Статическое давление на жидкость передается одинаково во всех направлениях в отличие от твердого вещества, где давление передается только в одном направлении.
2. В отличие от жидкости твердое вещество оказывает сопротивление поперечной силе при скольжении.
3. При выгрузке на горизонтальную поверхность сыпучая масса образует конус с углом естественного откоса. Жидкость, вылитая на горизонтальную поверхность, образует лужу с углом естественного откоса, равным нулю.
4. Твердое вещество при сжатии сохраняет свою форму и силу сцепления.
Таким образом, основные характеристики массы гранулированного продукта представляют собой сочетание характеристик жидкости и твердого тела, т. е. «полужидкость».
Фактически гранулированные продукты упруги и обладают пластической деформацией. Они, подобно жидкости, приобретают форму емкости, в которой хранятся. Но в то же время гранулированные продукты — твердые вещества, так как образуют угол естественного откоса при высыпании продукта на горизонтальную ровную плоскость. Величина их прочности сцепления располагается между обладающим большей сцепляемостью твердым телом и жидкостью, характеризующейся меньшей сцепляемостью.
При исследовании физико-механических свойств гранулированных сыпучих материалов их представляют как комплекс очень большого числа мелких твердых частиц, которые могут перемещаться относительно друг друга и таким образом образовывать сыпучую массу.
Характер истечения
Идеальный гранулированный сыпучий продукт состоит из круглых или многоугольных, взаимно не связанных частиц, которые перемещаются под влиянием силы тяжести. Этот процесс называют характером истечения продукта.
Наиболее показательным методом иллюстрации этого гравитационного потока является использование прозрачного бункера, в который засыпают различные окрашенные горизонтальные слои одинакового продукта.
Продукты с отличной сыпучестью характеризуются как легкосыпучие, и к ним относятся классические виды зерна — пшеница, кукуруза, семена сои и ячмень.
Сыпучие продукты с менее благоприятным характером истечения называют трудносыпучими; к ним относятся такие, как тапиока, соевый шрот, копра и различные гранулированные сыпучие продукты.
У продуктов, обладающих хорошей сыпучестью, силы притяжения входящих в их состав компонентов незначительны, поэтому сыпучую массу можно легко побуждать к истечению под действием силы тяжести, даже если она была подвергнута уплотнению. При истечении такие материалы разделяются на отдельные частицы. В общем, продукты, обладающие хорошей сыпучестью, представляют мало проблем, связанных с выбором и проектированием разгрузочной системы. У трудносыпучих продуктов силы сцепления между частицами достаточно высоки и препятствуют свободному истечению; при истечении таких продуктов образуются комки. Это сопротивление истечению может привести к многочисленным проблемам, например, проблеме загрузки, закупорки самотеков, сводообразования. Следовательно, свойства истечения продуктов определяют тип системы транспортировки и ее компонентов.
Размер и форма частиц
Истечение сыпучего материала также зависит от вторичной подвижности отдельных частиц в процессе их перемещения.
В этом контексте очень важны форма и размер отдельных частиц и их внутреннее трение.
Из-за свободного пространства вокруг частиц правильной формы или скважистости («пустот») их укладка не может быть такой, чтобы между ними образовалась механическая связь, и, следовательно, не может быть препятствий свободному движению какой-либо частицы по отношению к соседним. А между частицами неправильной формы или смесью больших и маленьких частиц (пыль) может быть сцепление, которое, следовательно, оказывает влияние на характер истечения.
Размер частиц сыпучего материала, состоящего из частиц одного размера и правильной формы, легко установить, взяв за основу самый большой линейный размер. Однако нередко частицы, составляющие основную массу сыпучего продукта, отличаются по размеру и форме. Это значительно затрудняет получение одной величины, которая бы описывала размеры частиц. Для частиц неправильной формы длина, толщина и диаметр имеют небольшое значение, так как для каждой частицы можно определить очень много различных величин. Чтобы представить размер частицы неправильной формы одним показателем, наиболее часто используют «средний размер».
Однако опыт показал, что частицы различного размера одного продукта, которые имеют одинаковый «средний размер», могут проявлять совершенно различные характеристики при обработке и транспортировке. Имеется много методов определения размеров частиц конкретного продукта. К ним относятся как простой метод механического просеивания, который, вероятно, является наиболее эффективным, так и седиментационные методы и сложные методы оптической микроскопии.
В общем, сыпучие продукты, не содержащие частиц размером менее 0,25 мм, могут рассматриваться как несвязанные, легкосыпучие продукты. Частицы продукта более крупного размера без частиц меньшего размера, действующих в качестве связующих компонентов, имеют тенденцию вести себя пассивно и не создают препятствий. Другими словами, характеристики истечения сыпучего продукта в основном определяются содержанием в нем мелких частиц.
Плотность и объемная плотность
Знание объемной плотности существенно для определения нескольких важных показателей при проектировании системы хранения.
Плотность гранулированного продукта представляет собой плотность, определенную без учета влияния любого сжатия продукта. Это положение имеет место, например, при плотной укладке гранулированного продукта в небольшом контейнере. Очевидно, что объемная плотность зависит от состояния материала, т. е. плотности частиц, формы частиц и от укладки или расположения частиц относительно друг друга. Однако со временем в результате переориентации или оседания воздух выходит из сыпучей массы, уменьшается объем, занимаемый данной массой, и увеличивается объемная плотность. Ее величина может быть на 20 % больше, чем обычная плотность.
Для определения объемной плотности известное количество продукта осторожно насыпают в мерный цилиндр и измеряют объем. Это будет объемная плотность сыпучего продукта в разрыхленном состоянии. Если постучать основанием цилиндра по столу 12 раз, то можно получить объемную плотность осевшей сыпучей массы путем деления массы образца на новый объем. Увеличение плотности укладки продукта обычно снижает способность продукта к истечению.
При проектировании силосов необходимо учитывать эту повышенную объемную плотность; «средняя плотность» представляет собой величину между максимальной плотностью в нижнем слое и минимальной плотностью в верхнем слое.
Угол естественного откоса
При истечении гранулированного продукта через небольшое отверстие на ровную горизонтальную поверхность он будет накапливаться в виде конуса. Угол между горизонталью и образующей этого конуса называют углом естественного откоса. Каждый продукт имеет свой угол естественного откоса, например, пшеница — 25°, овес — 27°, кукуруза — 27° и ячмень — 28°.
Угол естественного откоса — полезный показатель способности продукта к истечению; обычно чем меньше угол естественного откоса, тем легче истечение продукта. Необходимо учитывать, что, хотя угол естественного откоса не является основным свойством сыпучего продукта с точки зрения его способности к истечению, он служит характеристикой продукта, используемой при проектировании системы хранения.
Можно принимать во внимание следующие величины угла естественного откоса (град):
Практика показывает, что при заполнении силоса на угол естественного откоса также влияют высота падения материала, скорость заполнения и производительность заполнения. Угол естественного откоса определенного продукта приблизительно равен минимальному углу внутреннего трения этого продукта.
Трение продукта (внутреннее и внешнее)
Различают два вида трения, а именно: внешнее трение, которое представляет собой трение зерна о стены силоса, и внутреннее трение — трение зерен друг о друга.
Продукты, обладающие плохой сыпучестью, характеризуются более высоким коэффициентом внутреннего трения и более сильным сцеплением, чем продукты с хорошей сыпучестью.
Точные величины коэффициентов трения о стены и внутреннего трения определенного продукта могут быть получены экспериментальным путем в специализированных лабораториях. Для большинства обычных продуктов эти данные можно найти в специальных публикациях и стандартах, но для редко встречающихся продуктов необходимо проводить тщательные предварительные лабораторные опыты.
Влажность
Частицы гигроскопичных продуктов любую влагу будут поглощать до тех пор, пока не наступит определенное состояние, при котором дальнейшее поглощение невозможно (слеживание).
Влага в этой форме не способствует сцепляемости частиц продукта. У негигроскопичных продуктов любая влага будет находиться на поверхности частиц, что может вызвать их сцепление (свободная или поверхностная влага).
Электростатический заряд
В результате пневматической или механической транспортировки возможно накопление на частицах электростатического заряда. Опыт показал, что такой заряд может резко изменить характер истечения продукта, обладающего хорошей сыпучестью.
Лабораторные испытания
Для выяснения свойств нового и неизвестного сыпучего продукта с конечной целью разработки удовлетворительной системы его транспортировки и хранения разумно проанализировать сначала его текучесть и определить характеристики частиц и сыпучей массы.
Имеются специализированные лаборатории, выполняющие такие анализы.
Исследователь выбирает параметры испытаний так, чтобы получить критические условия истечения. Он основывает свой выбор на прошлом опыте и проводит испытания по нескольким параметрам, позволяющим смоделировать такие условия.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter
.
Угол
естественного откоса или угол покоя
– это угол между плоскостью основания
штабеля и образующей, который зависит
от рода и кондиционного состояния груза.Угол естественного откоса
–
максимальный угол наклона откоса
гранулированного материала, не обладающего
сцеплением, т. е. свободно текучего
материала. Рыхлые и пористые навалочные
грузы имеют больший угол покоя, чем
твердые кусковые грузы. С увеличением
влажности угол покоя растет.При длительном
хранении многих навалочных грузов угол
покоя за счет уплотнения и слеживаемости
возрастает. Различают угол естественного
откоса в покое и в движении. В покое угол
естественного откоса на 10 – 18° больше,
чем в движении (например, на ленте
транспортера).
Величина
угла естественного откоса груза зависит
от формы, размера, шероховатости и
однородности грузовых
частиц,
влажности массы груза, способа его
отсыпки, исходного состояния и материала
опорной поверхности.
Применяются
различные методы определения величины
угла естественного откоса; к числу
наиболее распространенных относятся
способы насыпки и обрушения.
Экспериментальное
определение сопротивления сдвигу и
основных параметров груза производится
обычно методами прямого среза, одноосного
и трехосного сжатия. Испытания свойств
груза методами прямого среза применимы
как к идеальным, так и к связным сыпучим
телам. Метод испытания на одноосное
(простое) сжатие – раздавливание применим
только для оценки общего сопротивления
сдвигу связных сыпучих тел при условном
допущении, что во всех точках испытываемого
образца сохраняется однородное
напряженное состояние. Наиболее надежные
результаты испытаний характеристик
связного сыпучего тела дает метод
трехосного сжатия, позволяющий исследовать
прочность образца груза при всестороннем
сжатии.
Определение
угла естественного откоса мелкозернистых
веществ (размеры частиц менее 10 мм)
производится с помощью «наклонного
ящика». Угол естественного откоса в
этом случае – угол, образованный
горизонтальной плоскостью и верхней
кромкой испытательного ящика в тот
момент, когда только начнется массовое
осыпание вещества в ящике
Судовой
метод определения угла естественного
откоса вещества используют при отсутствии
«наклоняемого ящи-
ка».
В этом случае угол естественного
откоса – это угол между образующей
конуса груза и горизонтальной
плоскостью.
Угол
естественного откоса. Способы определения
в натурных условиях
Угол
естественного откоса
или
угол
покоя – э
то
угол между плоскостью основания штабеля
и образующей, который зависит от рода
и кондиционного состояния груза. Угол
естественного откоса – максимальный
угол наклона откоса гранулированного
материала, не обладающего сцеплением,
т. е. свободно текучего материала.
На
практике данными о величине
угла естественного откоса
пользуются
при определении площади штабелирования
груза, количества груза в штабеле, объема
внутритрюмных штивочных работ, при
подсчете величин давления груза на
ограждающие его стенки
Применяются
различные методы определения величины
угла естественного откоса; к числу
наиболее распространенных относятся
способы насыпки
и
обрушения
.
Экспериментальное
определение сопротивления
сдвигу
и
основных параметров груза производится
обычно методами прямого
среза
,
одноосного
и
трехосного
сжатия
.
Определение
угла естественного откоса мелкозернистых
веществ
(размеры
частиц менее 10 мм) производится с помощью
«наклонного
ящика
».
Угол естественного откоса в этом случае
– угол, образованный горизонтальной
плоскостью и верхней кромкой испытательного
ящика в тот момент, когда только начнется
массовое осыпание вещества в ящике.
Судовой
метод
определения
угла естественного откоса вещества
используют при отсутствии «наклоняемого
ящика». В этом случае угол естественного
откоса – это угол между образующей
конуса груза и горизонтальной плоскостью.
Практика
производства замеров углов естественного
откоса в натурных условиях показывает,
что их величина несколько изменяется
в
зависимости от метода
отсыпки
груза
(струей или дождем), массы
исследуемого
груза, высоты
,
с которой производится экспериментальная
отсыпка.
Для
быстрых измерений удобен способ
Мооса
,
при котором зерно насыпают в прямоугольный
ящик со стеклянными стенками размерами
100х200х300 мм на 1/3 его высоты. Ящик осторожно
поворачивают на 90° и измеряют, угол
между поверхностью зерна и горизонтальной
(после поворота) стенкой.
Устройство для измерения угла естественного откоса сыпучего материала
Полезная модель предназначена для измерения угла естественного откоса сыпучих материалов. Предлагаемое устройство относится к технике измерения параметров полидисперсных сыпучих материалов, таких как глинопорошок, цемент, песок и др., в процессах их переработки.
Техническим результатом является достоверно измеренное значение угла естественного откоса сыпучего материала при сокращении времени на измерение и возможность проведения измерения вне стационарных лабораторных условий, например на производственной площадке, в полевых условиях.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения угла естественного откоса сыпучего материала состоит из щупа-измерителя, загрузочной воронки и шести сферических стоек, закрепленных на опорной круглой платформе с одной стороны, и соединенных вместе с другой, причем загрузочная воронка зафиксирована в месте их соединения, а щуп-измеритель выполнен в виде удлиненной трубки, тарированной под градусы угла естественного откоса.
При этом определена высота Н стоек над опорной платформой. Щуп-измеритель тарирован под градусы угла естественного откоса с диапазоном 0-max, где max — максимально возможный угол естественного откоса. Кроме этого, он имеет основание, выходящее за пределы диаметра трубки.
Полезная модель предназначена для измерения угла естественного откоса сыпучих материалов. Предлагаемое устройство относится к технике измерения параметров полидисперсных сыпучих материалов, таких как глинопорошок, цемент, песок и др., в процессах их переработки.
Известные устройства измерения угла естественного откоса, или, так называемого, угла внутреннего трения, предназначены для измерений этого параметра в стационарных лабораторных условиях путем многократных испытаний отобранных проб, а так же известны устройства для измерения угла естественного откоса в потоке (патент РФ на полезную модель 89702 от 10.12.2009 г.).
Известно устройство измерения угла естественного откоса глинозема по ГОСТ 27802-93 (Глинозем.
Метод определения угла естественного откоса / ГОСТ 27802-93 (ИСО 902-76). Минск, 1993), которое состоит из воронки, консольной стойки, плиты и цилиндра. Значение угла откоса а определяется по формуле:
=arctg[80/(D-6)],
где D — средняя арифметическая длина четырех пересекающихся линий, мм.
Недостатком данной конструкции является материалоемкость, большие габариты, неудобство при использовании в полевых условиях, так как необходимо основание конуса, образованного сыпучим материалом очерчивать, и после удаления порошка измерять длину четырех пересекающихся линий, впоследствии рассчитывать их среднюю арифметическую длину.
Наиболее близкой по технической сущности является устройство для измерения угла естественного откоса (Шубин И.Н., Свиридов М.М., Таров В.П. Технологические машины и оборудование. Сыпучие материалы и их свойства: Учеб. пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. Ун-та, 2005 г., С.12-14). При определении угла исследуемый сыпучий материал выпускают из воронки на горизонтальную площадку, затем с помощью угломера измеряют угол наклона а образующей конуса к горизонту.
Устройство просто в применении, но не дает точных результатов, так как воронка не закреплена и нет поддона, что не всегда удобно, так как для использования угломера нужна гладкая ровная поверхность.
Задачей полезной модели является достоверное измерение угла естественного откоса порошкообразного материала, не сложное по технологии и затратам времени.
Техническим результатом является достоверно измеренное значение угла естественного откоса сыпучего материала при сокращении времени на измерение и возможность проведения измерения вне стационарных лабораторных условий, например на производственной площадке, в полевых условиях.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения угла естественного откоса сыпучего материала состоит из щупа-измерителя, загрузочной воронки и шести сферических стоек, закрепленных на опорной круглой платформе с одной стороны, и соединенных вместе с другой, причем загрузочная воронка зафиксирована в месте их соединения, а щуп-измеритель выполнен в виде удлиненной трубки, тарированной под градусы угла естественного откоса.
При этом высота Н стоек над опорной платформой равна
где r — радиус опорной платформы.
Щуп-измеритель тарирован под градусы угла естественного откоса с диапазоном 0-max, где max — максимально возможный угол естественного откоса. Кроме этого, он имеет основание, выходящее за пределы диаметра трубки.
Предложенное устройство мобильно, так как состоит из шести сферических стоек, закрепленных на опорной круглой платформе с одной стороны, и соединенных вместе с другой, причем в месте соединения установлена фиксированная загрузочная воронка. Высота Н сферических стоек над опорной платформой равна Н=1,73 r, где r — радиус опорной платформы, что соответствует максимально возможному углу естественного откоса сыпучего материала (60°).
Измерение угла естественного откоса, осуществляется за один раз, без дополнительных манипуляций и вычислений, путем погружения щупа-измерителя, в конус порошкообразного материала, насыпанного через загрузочную воронку.
Шуп-измеритель тарирован под градусы угла естественного откоса а с диапазоном 0-max, где max — максимально возможный угол естественного откоса, что позволяет одномоментно вычислить значение угла естественного откоса конкретного порошкообразного материала.
Для улучшения контакта щупа-измерителя с порошкообразным материалом при его погружении в порошкообразный материал, щуп-измеритель имеет основание, выходящее за пределы диаметра трубки.
На фиг.1 представлена схема устройства для измерения угла естественного откоса сыпучего материала.
Устройство состоит из шести сферических стоек 5 закрепленных на опорной круглой платформе 1 с одной стороны, и соединенных вместе с другой, причем в месте соединения установлена фиксированная загрузочная воронка 3, и также снабжено отдельным щупом-измерителем 4 в виде удлиненной трубки, тарированной под градусы угла естественного откоса. Щуп-измеритель 4 имеет основание, выходящее за пределы диаметра трубки.
При помощи разработанного устройства измерение угла естественного откоса осуществляют следующим образом.
Через воронку 3, засыпают порошкообразный материал, поддерживая минимальную высоту падения частиц на образующийся конус до тех пор, пока порошкообразный материал не начнет ссыпаться с краев опорной круглой платформы 1, установленной строго горизонтально. Прекратив подачу порошка, измеряют высоту образовавшегося конуса щупом-измерителем 4, тарированным в градусах угла естественного откоса с диапазоном 0-max, где max — максимально возможный угол естественного откоса.
Тарировку щупа-измерителя 4 осуществляли из условия, что tg угла откоса равен отношению высоты конуса порошка h к радиусу опорной платформы r, а угол естественного откоса =arctg(h/r). Максимально возможный угол естественного откоса по справочным данным для порошков глины, цемента, мела, песка, кальцинированной соды и др. даже во влажном состоянии не превышает 60 градусов, поэтому высота стоек над опорной платформой Н принята равной Н=1,73 r.
Разработанное и изготовленное устройство было испытано на ряде порошкообразных материалов и показало удовлетворительные результаты, приведенные в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| Результаты калибровки устройства для измерения угла естественного откоса | ||||
| Материал | Плотность, кг/м3 | Объемная масса, кг/м3 | Угол естественного откоса | |
| табличный | измеренный | |||
| Гипс | 2500 | 900 | 40 | 40,5 |
| Глина | 2000 | 1300 | 35 | 37 |
| Известь | 1400 | 700 | 43 | 42 |
| Зола | 2500 | 700 | 45 | 44 |
| Кремний | 2650 | 1150 | 35-45 | 42 |
| Мел | 2500 | 1100 | 45 | 45 |
| Цемент | 3180 | 1100 | 40-50 | 42 |
| Сода кальцинированная | 2530 | 800 | 43-45 | 43 |
| Песок | 2900 | 1700 | 40-45 | 42 |
Отличие от справочных данных не превышает 5%, т.
е. результаты измерений разработанным устройством достоверны.
В целом, совокупность признаков предлагаемой полезной модели необходима и достаточна для решения поставленной задачи и в полном объеме ранее нигде не использовалась. Следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает критериям существенной новизны и промышленной применимости.
1. Устройство для измерения угла естественного откоса сыпучего материала, состоящее из щупа-измерителя, загрузочной воронки и шести сферических стоек, закрепленных на опорной круглой платформе с одной стороны и соединенных вместе с другой, причем загрузочная воронка зафиксирована в месте их соединения, а щуп-измеритель выполнен в виде удлиненной трубки, тарированной под градусы угла естественного откоса.
2. Устройство для измерения угла естественного откоса по п.1, отличающееся тем, что высота Н стоек над опорной платформой равна
Н=1,73r,
где r — радиус опорной платформы.
3. Устройство для измерения угла естественного откоса по п.
1, отличающееся тем, что щуп-измеритель тарирован под градусы угла естественного откоса с диапазоном 0-max,
где max — максимально возможный угол естественного откоса.
4. Устройство для измерения угла естественного откоса по пп.1 и 3, отличающееся тем, что щуп-измеритель имеет основание, выходящее за пределы диаметра трубки.
физических свойств сыпучих материалов IV; Угол естественного откоса
Перейти к основному содержанию
Джеральд Маринич
Джеральд Маринич
Глобальный директор по промышленным продуктам Solex Thermal Science
Опубликовано 9 мая 2021 г.
+ Подписаться
Угол естественного откоса («альфа») сыпучих материалов представляет собой самый крутой угол наклона относительно горизонтальной плоскости, до которого может быть уложен материал. Если угол становится больше угла естественного откоса, то твердые тела на поверхности начинают скользить. Угол естественного откоса может составлять от 0° до 90°.
Физические свойства, такие как форма частиц, размер и шероховатость поверхности, оказывают значительное влияние на угол естественного откоса, равно как и распределение частиц по размерам, объемная плотность и влажность. В частности, влага может значительно повлиять на угол естественного откоса в положительную или отрицательную сторону.
Угол естественного откоса можно определить разными способами. Простой метод заключается в использовании воронки, заполненной материалом, и размещении ее над горизонтальной поверхностью так, чтобы кончик касался поверхности. Затем медленно перемещайте воронку вверх, чтобы конус частиц мог медленно расти.
Это помогает, если кончик воронки находится близко к кончику конуса, чтобы избежать любого удара от падения частиц. Как только свая достигает определенной высоты, поток материала может быть остановлен, а угол естественного откоса может быть измерен или рассчитан исходя из диаметра конуса и высоты сваи.
Существуют и другие методы определения угла естественного откоса. Большинство из них являются методами определения, близкими к промышленному оборудованию. Например, в методе вращающегося цилиндра материал помещается в цилиндр с прозрачными концами. Затем цилиндр поворачивают, позволяя материалу образовать угол к горизонтали, который является углом естественного откоса. Это имеет смысл, если вы собираетесь использовать материал в барабане или печи.
Угол естественного откоса не является наиболее научной характеристикой сыпучего твердого вещества, гранулированного материала или порошка, но это простой тест, который может выполнить каждый без специальных инструментов. Кроме того, он дает хорошее представление о текучести и связности.
В следующий раз мы узнаем о теплопроводности, передовом свойстве нагрева и охлаждения.
Как всегда, не стесняйтесь обращаться ко мне с вопросами/комментариями.
Массовый расход сыпучих материалов
22 нояб. 2021 г.
Углы бункера
5 нояб. 2021 г.
Обращение: Рассмотрение складов сыпучих материалов
30 авг.
2021 г.Базовые знания: Коэффициент пустотности и пористость для сыпучих материалов
19 июля 2021 г.
Базовые знания: Гранулометрический состав
14 июня 2021 г.
Базовые знания: физические свойства сыпучих материалов V; Теплопроводность
31 мая 2021 г.
Базовые знания: физические свойства сыпучих материалов III; Консолидация времени
23 апр.
2021 г.Базовые знания: физические свойства сыпучих материалов III; Характеристики текучести (ячейка сдвига)
2 апр. 2021 г.
Базовые знания: физические свойства сыпучих материалов II; Текучесть
19 марта, 2021 г.
Сыпучие материалы, базовые знания о физических свойствах 1; Плотность
5 марта 2021 г.
2021 г.
2021 г.
Угол естественного откоса
Угол естественного откоса или критический угол естественного откоса зернистого материала представляет собой самый крутой угол наклона относительно горизонтальной плоскости, до которого материал может быть сложен без оползания. Под этим углом материал на поверхности откоса находится на грани скольжения. Угол естественного откоса — угол, при котором материалы будут выскальзывать из корпуса наконечника — для некоторых типичных продуктов:
| Материал | Угол откоса (градусы) | |||
|---|---|---|---|---|
| + | Люцерна, грунт 9014 | |||
| Квасцы кусковые | 30 — 45 | |||
| Квасцы, измельченный | 30 — 45 | |||
| Глинозем | 30 | |||
| Асбест, измельченный | 30 | Ясень 4 сухой, | 33 | |
| Зола влажная | 36 | |||
| Зола влажная | 30 | |||
| Асфальт | 45 | 45 | ||
| Разрыхлитель | 30 — 45 | |||
| Кора, древесные отходы | 45 | |||
| Бокситы дробленые | 30 — 45 | |||
| Бентонит | 45 | 42 | ||
| Бура мелкая | 30 — 45 | |||
| Отруби | 30 — 45 | |||
| Кирпич | 40 | |||
| Карбид кальция | 30 — 45 | |||
| Мел мелкий | 45 | |||
| Мел кусковой | 45 | |||
| 9014 9014 9014 9014 9014 2 145 | ||||
| Хромовая руда | 30 — 45 | |||
| Пепел сухой | 33 | |||
| Пепел влажный | 15 | 34 901 144 Огарки влажные | 31 | |
| Огарки и глина | 30 | |||
| Глина | 45 | |||
| Семена клевера | 28 | |||
| Уголь твердый | 30 | |||
| Кокос, тертый | 45 | |||
| Кофе, свежие бобы | 35 — 45 | |||
| 4 | Кола | 0140 | ||
| Бетон | 30 | |||
| Пробка, грунт | 45 | |||
| Кукуруза, крупа | 30 — 45 | |||
| Семена хлопка, жмых | 30 — 45 | |||
| Криолит | 3 05 -144 | |||
| Стеклобой | 30 — 45 | |||
| Доломит, кусковой | 30 — 45 | |||
| Земля рыхлая | 5 | 28 | Земля плотная | 50 |
| Полевой шпат измельченный | 45 | |||
| Рыба, мука | 45 | |||
| Мука пшеничная | 45 | |||
| Плавиковый шпат, комки | 14 | |||
| Мусор | 30 | |||
| Глютен, мука | 30–45 | |||
| Графит, чешуйчатый | 30–45 | |||
| Гипс, порошкообразный | 45 | |||
| Хмель , влажный | 45 | |||
| Илеменит | 30 — 45 | |||
| Железоокисный пигмент | 40 | 1 5 | 35 | |
| Бурый уголь сухой | 30 — 45 | |||
| Известь гашеная | 30 — 45 | 901 45 | 45 | |
| Льняное семя, шрот | 30 — 45 | |||
| Солод | 30 — 45 | |||
| Мрамор дробленый | 30 — 45 | |||
| Слюда дробленая | 9014 5 914 5 914 30 — 4 1 | Молоко. порошкообразный | 45 | |
| Овес | 32 | |||
| Овес плющеный | 30 — 45 | |||
| Руда сухая 45 | ||||
| Руда влажная или свежая | 37 | |||
| Устрица скорлупа молотая | 30 — 45 | |||
| Арахис, лущеный и нелущеный | 30 — 45 | |||
| Калия хлорид | 30 — 45 900 0144 Рисовая крупа | 30 — 45 | ||
| Рис необработанный | 30 — 45 | |||
| Резина, молотый лом | 45 | |||
| Соль крупная | 30 — 45 | |||
| Соль мелкая | 30 — 45 | |||
| Селитра | 30 — 45 | |||
| Песок сухой | 40 | |||
| Песок со щебнем | 27 | |||
| Сланец битый | 30 — 45 | |||
| Черепица | 40 1 | Шифер, измельченный | 30 — 45 | |
| Мыло, стружка | 30 — 45 | |||
Мыло. |