第五章散粒物料的力学特性

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第五章 散粒物料的力学特性
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第五章 散粒物料的力学特性
基本定义:散粒物料是由许多松散、分离、形状尺 寸差不多的颗粒所组成的群体，又称散粒体。
学习散里粒物料力学特性的意义： 为了合理地设计各种农业机械、农产品加工机
械、谷仓及其它贮存设备，必须了解散粒物料的力 学特性。它主要包括摩擦特性、流动特性以及物料 对容器的压力等。
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料斗锥顶半角一般在 15-20°较为合适。
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结拱是由于物料粒子之间及粒子和容器之间的摩擦、 粘聚和粘附作用而产生的。 ➢ 散粒物料的粒径愈小、粒子形状愈复杂、重度愈小、 内摩擦角和含水率愈大，则落粒拱现象愈严重。
➢ 料斗排料口愈小、锥顶角愈大、表面愈粗糙，则愈容 易造成结拱。
➢ 结拱现象非常复杂，目前还不能从根本上解决，只能 采取措施减少落粒拱现象。防止结拱的办法有以下几种：
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二、滑动摩擦角
用于测定单根纤维，如羊毛、 棉花等物料的滑动摩擦系数。 把单根纤维绕在包有摩擦表面 的旋转圆筒B上，包角为α。由 给定力F1和圆筒转速测定F2 。 用下式算出滑动摩擦系数：
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二、滑动摩擦角
滑动摩擦系数与正压力无关，受滑动速度影响也很小， 但物料含水量对其影响较大。9ຫໍສະໝຸດ 二、滑动摩擦角10
三 滚动稳定角
基本概念:滚动稳定角 φs ,反映单粒柱状、球形或类似球形物 料与所接触表面的滚动摩擦待性。 ➢它是物料输送机械、清选机械等重要设计参数之一。
滚动阻力系数与接触表面的刚性有关，表面愈硬，滚动阻力系数愈小。
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三 滚动稳定角
基本概念:物料在斜面上开始下滚时的斜面倾角为滚动的 静态稳定角；物料在斜面上匀速下滚时的斜面倾角为滚 动的动态稳定角。 ➢滚动稳定角和物料形状、尺寸、质量以及接触表面性质 有关。下表为苹果和西红柿在各种表面上的滑动摩擦系 数和滚动稳定角。
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五、内摩擦角
农业物料的内摩擦角是 与其粒径、表面状态、含 水率、孔隙率等因素有关。 一般来说，同一种物料的 内摩擦角随孔隙率的增大 而呈线性减小，随含水率 增加而增大。
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五、内摩擦角
休止角和内摩擦角的联系与区别：
休止角和内摩擦角都反映了散粒物料的内摩擦特性，但 两者概念不同。内摩擦角反映散粒物料层间的摩擦特性， 休止角则表示单粒物料在物料堆上的滚落能力，是内摩擦 特性的外观表现。在数值上，对质量和含水率近似的同类 物料，休止角始终大于内摩擦角，且都大于滑动摩擦角。 对于缺乏粘聚力的散粒物料如砂子等，其休止角等于内摩 擦角。
➢ 摩擦力与实际接触面积成正比，并与所接触物料的特性有 关。它由两部分组成，一部分是剪切接触表面凸凹不平所需 的剪切力，另一部分是克服接触表面之间的粘附和粘聚所需 的力。
➢ 散粒物料的摩擦特性可用滑动摩擦角、滚动稳定角、休止角 和内摩擦角来表述。滑动摩擦角、滚动稳定角是反映物料与 接触固体表面间的摩擦性质，而休止角与内摩擦角则反映物 料间的内在摩擦性质。
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四、休止角
基本概念:休止角指散粒物料从一定高度自然连续地下落到平 面上时，所堆积成的圆锥体母线与底平面的夹角，用φr表示。 ➢ 它反映了散粒物料的内摩擦持性和散落性能。当位于圆锥 体斜面上的物料，它的重力沿斜面分力等于或小于物料间的 内摩擦力时，则物料粒子在斜面上静止不动。因此，休止角 愈大的物料，内摩擦力愈大，散落性愈小。下表列举了主要 作物种子和谷粒的休止角。
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四、休止角
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四、休止角
散粒物料的休止角与其形状、尺寸、含水率等有关。对于 同一种物料，粒径愈小休止角愈大。这是由于细小的粒子之 间相互粘附性较大的缘故。粒子愈接近于球形，其休止角愈 小。
物料的休止角随含水率增加而增大，这是因为每个粒子被 潮湿的表层包围，使其内摩擦力和粒子间吸附作用增加。表 为几种物料的休止角随含水率的变化。
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主要内容：
第一节 摩擦特性 第二节 流动特性
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第一节 摩擦特性
基本概念：当散粒物料之间以及物料和所接触的固体表 面间发生相对运动或有运动趋势时，均存在有阻碍运动 的力，把这一阻碍运动的力称作摩擦力。
➢ 物料在克服其与接触表面的摩擦力之前，不可能产生 相对运动。而一旦开始运动，摩擦力会相应减小。作用 在相对静止表面间的摩擦力为静摩擦力，作用在相对运 动表面间的摩擦力为动摩擦力。动摩擦力小于最大静摩 擦力。
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整体流：若散粒物料在料仓或流斗内能象 液体那样在不同高度上同时均匀全部地向 下流动，则称为整体流。整体流动时无论 中心部分还是靠料斗壁处的物料都充分流 动，先装进的物料先流出来，使物料迅速 排空而无死区存在。
漏斗流：如果散粒物料在料仓和料斗的中 心部分产生漏斗状的局部流动，而周围其 它区域的物料停滞不动，则称为中心流或 漏斗流。漏斗流流动时，先装进去的物料 后流出来，漏斗状通道周围的静止物料形 成死区，减少了料仓的有效空间。在狭窄 的漏斗状通道中流动不稳定，速度不均匀， 容易在料斗内“结拱”，引起流动中断。
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五、内摩擦角
基本概念:内摩擦角φi是反映散粒物料间摩擦特性和抗剪强度， 它是确定贮料仓仓壁压力以及设计重力流动的料仓和料斗的 重要设计参数。 ➢ 如果把散粒物料看成一个整体，在其内部任意处取出一 单元体，此单元体单位面积上的法向压力可看作该面上的 压应力，单位面积上的剪切力可看作该面上的剪应力。 ➢ 物料沿剪切力方向发生滑动，可以认为整体在该处发生流 动或屈服。即散粒物料的流动可以看成与固体剪切流动破坏 现象相类似。这样，就可以应用莫尔强度理论来研究散粒物 料的抗剪强度，进而得出确定内摩擦角的理论和方法。
库仑定律：f F N
fs：静摩擦系数； fk：动摩擦系数
库仑定律认为摩擦力与接触面积、滑动速度无关，
其大小取决于物料的性质。
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➢ 现代摩擦理论认为：摩擦力是作用在一个平面内的力。在这 个平面内只有少数几个接触点，同时还会有若干复杂的凸凹 啮合。真实接触面积很小，故实际接触压力极大。因此，物 料在接触处会发生塑性流动或粘合作用。
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（1）加大排料口尺寸； （2）减小料斗锥顶角； （3）尽量使料斗光滑，减小摩接力; （4）将料斗作成非对称形或在料斗内加纵向隔板，破坏物 料受力后形成的稳定静止层； （5）在排料口上方加锥体结构，以减小排料口承受的物料 压力； （6）在料斗中悬吊链条或安装振动器。
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第二节 流动特性
一、散粒物料在料仓和料斗内的重力流动形式 料仓和料斗是处理散粒物料的主要装备。料仓应能容
纳一定体积的物料并以规定的速率在所要求的时间内排 料。料仓设计不合理将会导致流动中断、扰动流并形成 死区和离析等问题。
散粒物料在料仓和料斗内的流动情况不但受物料本身 的物理特性，如粒度、密度、摩擦特性、粘聚性的影响， 而且和料斗的尺寸、锥顶角等有关。物料流动过程十分复 杂，基本上有两种形式，即整体流和漏斗流。
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二、滑动摩擦角
基本概念: 滑动摩擦角φ表示散粒物料与接触固体相对滑
动时,散粒物料与接触面间的摩擦特性,其正切值为滑动 摩擦系数。 滑动摩擦角和滑动摩擦系数的测定方法常有两种:
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10、市场销售中最重要的字就是“问”。14:37:3914:37:3914:378/19/2021 2:37:39 PM
11、现今，每个人都在谈论着创意，坦白讲，我害怕我们会假创意之名犯下一切过失。21.8.1914:37:3914:37Aug-2119-Aug-21
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