1. Лабораторная работа № 1 изучение физико-механических свойств насыпных грузов

1.1 Цель лабораторной работы

Целью выполнения лабораторной работы является изучение и определение основных физико-механических свойств насыпных грузов, транспортируемых машинами непрерывного действия.

1.2 Задачи лабораторной работы

В ходе выполнения лабораторной работы студент должен научиться определять насыпную плотность сыпучего груза, его гранулометрический состав путем разделения пробы груза на фракции, угол естественного откоса груза в покое и движении.

1.3 Краткие теоретические сведения

Грузы, транспортируемые машинами непрерывного действия, классифицируют на тарно-штучные и насыпные.

Насыпными грузами называются массовые навалочные кусковые, зернистые, порошкообразные и пылевидные материалы, состоящие из частиц (кусков) различной формы, перемещаемые и хранимые навалом (руда, уголь, щебень, цемент).

Сыпучий материал, представляющий собой совокупность твёрдых частиц, обладает механическими, фрикционными, аэродинамическими, тепловыми, электрофизическими и другими свойствами. Характерные физико-механические свойства насыпных грузов необходимо учитывать при проектировании, расчете и выборе типа и параметров транспортирующей машины.

Физико-механические свойства насыпного груза определяются характером связи на контактах частиц и способностью передавать давление на дно соответствующих ёмкостей, в которых хранится или перемещается груз. Основными свойствами, характеризующими груз как сыпучую среду (табл. 1.ПА прил. А), являются: насыпная плотность, угол естественного откоса, абразивность, коэффициент внутреннего и внешнего трения, кусковатость частиц (гранулометрический состав), подвижность частиц, влажность, липкость, слеживаемость, смерзаемость и др. [7, 12].

К особым свойствам относятся: химическая активность, пыление, взрывоопасность, способность к самовозгоранию и др.

Кусковатость (размер и форма частиц) груза – количественное распределение его частиц по крупности (табл. 1.1), которое характеризуется наибольшими линейными размерами однородных частиц в заданном объеме (пробе) (рис. 1.1).

Таблица 1.1

Размеры типичных кусков насыпных грузов

Наименование группы груза	Размеры кусков а, мм
1	2
Пылевидный	До 0,05
Порошкообразный	0,05–0,49
Мелкозернистый	0,5–2,0
Крупнозернистый	2,0–9,0
Мелкокусковой	10–60
Среднекусковой	61–199
Крупнокусковой	200–500
Особо крупнокусковой	Более 500

Кусковатость грузов определяется ситовым анализом (грохочением), при этом регламентированный объем груза (пробу) необходимо просеять через набор сит, отверстия которых имеют размеры, соответствующие различной кусковатости груза.

Рис. 1.1. Расчетный размер частиц насыпного груза

На сите с отверстиями определенного размера остаются непросеянными частицы, размеры которых больше, чем размеры отверстий. Взвесив эти остатки и определив отношение их массы к массе пробы (в процентах), получают характеристику кусковатости груза [7, 11, 12].

Насыпные грузы состоят из частиц обычно неправильной формы, характер однородности частиц насыпного груза определяют коэффициентом k₀, представляющим отношение наибольшего размера частиц (кусков) груза к наименьшему:

k₀ = a_max / a_min (1.1)

При k₀ > 2,5 груз считается рядовым, при k₀ ≤ 2,5 – сортированным, т. е. более или менее однородным. Кусковатость определяют размером а наиболее характерного (рис. 1.1) типичного куска.

Рядовой насыпной груз представляет собой смесь фракций различной крупности. Сортированные грузы характеризуются средним размером кусков, для сортированных грузов средний размер типичных кусков , для рядовых грузов , однако, если таких больших кусков меньше 10 % от общего количества груза в пробе по массе, то за типичные размеры принимают размеры больших ближайших кусков, количество которых более 10 %.

Углом естественного откоса насыпного груза называется угол между образующей конуса из свободно насыпанного груза и горизонтальной плоскостью, на которой располагается насыпной груз (рис. 1.2).

а) б)

Рис. 1.2. Расположение насыпного груза на плоскости:

а – в покое; б – в движении

Этот угол определяется взаимной подвижностью частиц груза, которая зависит от сил сцепления между ними и сил трения, возникающих при перемещении одной частицы относительно другой. Чем больше взаимная подвижность частиц (табл. 1.2), тем меньше угол естественного откоса [6, 11, 12].

От угла естественного откоса и подвижности частиц зависит площадь поперечного сечения груза, перемещаемого на грузонесущем элементе, а, следовательно, и производительность конвейера. Различают углы естественного откоса груза в движении φ и в покое φ₀ (рис. 1.2.).

Во время движения опорная горизонтальная плоскость колеблется, уменьшая угол естественного откоса, поэтому принимают угол φ ≈ (0,4–0,7) φ₀.[6].

Угол естественного откоса груза в состоянии покоя определяется следующим образом: на опорную горизонтальную пластину, находящуюся в состоянии покоя, устанавливают полый цилиндр. После наполнения цилиндра насыпным грузом, его аккуратно поднимают вверх и угломером замеряют угол между образующей конуса и пластиной [11, 12].

Таблица 1.2

Определение подвижности частиц груза

Подвижность частиц груза	Угол естественного откоса груза в покое φ0, град.	Расчетный угол естественного откоса груза в движении φ, град.
Легкая	30-35	10
Средняя	40-45	15
Малая	50-56	20

Угол естественного откоса в движении определяют аналогично первому случаю, но горизонтальную опорную пластину устанавливают на подвижные ролики и после съема цилиндра совершают несколько (3–4) продольных колебаний пластины с грузом (рис. 1.2, б).