CC BY
19
УДК 664.724
ХАРАКТЕРИСТИКИ СИЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗЁРЕН ЗЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА МЕЖДУ СОБОЙ И СО СТЕНКАМИ БУНКЕРОВ
В. А. Тызыхян, аспирант
ФГОУ ВПО «Донской государственный технический университет», т. (863) 2324155, e-mail: aspirant1986@rambler. ru
В статье описан метод определения сил адгезии и аутогезии, действующих в зерновом материале, и произведен их расчёт для различных сельскохозяйственных культур.
Ключевые слова: бункер сельскохозяйственного назначения, зерновой материал, адгезия, аутогезия.
Зерновой материал, поступающий в бункерные устройства, никогда не является абсолютно сухим. Влага, которая содержится в нём, способствует возникновению сил граничного трения и сил сцепления зерен между собой (аутогезионные силы) и со стенками емкостей (адгезионные силы). Эти силы, в свою очередь, ухудшают истечение зернового материала, что приводит к простою мобильных машин при выгрузке
бункерных устройств и к дополнительным затратам. Для исключения влияния этих сил на процесс истечения необходимо выяснить их физическую природу и условия возникновения.
Граничное трение является промежуточным между сухим и жидкостным трением. Граничное трение наблюдается во всех случаях, когда весьма тонкий слой третьей фазы, разделяющей твёрдые поверхности,
Нива Поволжья № 1 (14) февраль 2010 73
находится в границах их влияния на смазочное вещество. По гипотезе А. С. Ахматова [1], граничное трение выражается уравнением, в котором одновременно учитывается наличие силы трения, определяемой по закону Амонтона-Кулона, и силы трения, определяемой по закону Ньютона.
Аутогезия частиц - это связь между соприкасающимися частицами, которая препятствует их разъединению. Величина ау-тогезии обусловлена рядом факторов, к числу которых относят свойства и размеры частиц, уплотняющую нагрузку и влажность материала. Аутогезионное взаимодействие реализуется не между отдельными изолированными частицами, а между множеством частиц, составляющих сыпучий материал. В этом случае суммарная сила ауто-гезии складывается из сил аутогезии, проявляющихся в индивидуальных контактах между частицами.
Термин «адгезия» может быть определён, как взаимодействие частиц сыпучего материала и твёрдой поверхности макроскопических тел. Основными формами аутогезии и адгезии частиц являются: ван-дер-ваальсовые силы, силы электрической природы и капиллярные силы, возникающие в результате капиллярной конденсации паров, присутствующих в газовой среде в кольцевой зоне, окружающей места контакта частиц с твердой поверхностью, а также возникающие из-за влажности самих частиц. В работе [2] было показано, что во влажном зерне существенно преобладают капиллярные силы адгезии по сравнению с ван-дер-ваальсовыми силами и силами электрической природы.
Методы исследований: Для экспериментального определения сил аутогезии автором был разработан метод, который заключался в следующем: к свободно подвешенной совокупности зёрен, которые были закреплены на лёгкой металлической подложке 1 с помощью пластилина, подносилась подвешенная пластина 2, на которой тоже имелась закреплённая совокупность зёрен. Сближение пластин 1 и 2 производилось до момента возникновения контакта закреплённых на них зёрен. Затем пластину 2 начинали перемещать в направлении, перпендикулярном плоскости контакта. Принципиальная схема прибора представлена на рисунке.
Для определения угла а отклонения подложки с зёрнами необходимо измерить расстояние максимального отклонения х подложки с зерном и длину нити на которой она подвешена.
zz¿zzzzzz
/7а
П 1
/ 1 / /
/ 1 / 7 / й
тд
Принципиальная схема метода определения силы аутогезии
Отклонение, которое выражалось углом а, подложки 1 с зерном от вертикали даёт возможность определить суммарную силу аутогезии по формуле
Р=тхдхв1п а, (1)
где т - масса подвешенных зёрен, кг;
д - ускорение свободного падения, м/с2.
В формуле (1) не учитывается масса подложки, поскольку её масса выбрана значительно меньше массы зёрен.
Чтобы определить силу аутогезии, приходящуюся на одно зерно, Раут. ед, необходимо найти отношение силы, полученной по формуле (1), к количеству контактировавших зёрен N
Раут. ед).=РМ. (2)
При определении силы адгезии необходимо незначительно изменить схему прибора, а точнее, убрать зёрна с площадки 2. Все расчёты по определению силы адгезии выполняются аналогично расчётам при определении аутогезии.
Результаты экспериментов и их обсуждение. При проведении практических экспериментов число повторностей определения каждой из сил при различной влажности равнялось 7. Среднестатистические результаты, полученные после проведения опытов по определению сил адгезии и ау-тогезии, приходящиеся на одну зерновку, представлены в табл. 1 и 2.
Проанализировав данные, представленные в табл. 1 и 2, можно сделать вывод о том, что существенное влияние на силы, действующие в зерновом материале, оказывает его влажность и с увеличением влажности зернового материала происходит увеличение и сил аутогезии, и сил ад-
74
Технические науки
гезии, но для различных зерновых материалов эти силы различны. Силы адгезии и аутогезии, действующие на одно зерно в бункере, заполненном кукурузой, превышают силы адгезии и аутогезии, приходящиеся на одно зерно, действующие в бункере, заполненном пшеницей или подсолнечником. Отношение силы адгезии к силе аутогезии на одно зерно для пшеницы 15 %-ной влажности составляет 0,15, а для пшеницы 30 %-ной влажности оно равно 0,36. Для подсолнечника 15 %-ной влажности это соотношение равно 0,19, для подсолнечника 30 %-ной влажности отношение сил адгезии к аутогезии равно 0,28. Для кукурузы 15 %-ной влажности отношение этих сил равно 0,13, а для кукурузы 30 %-ной влажности оно уже составляет 0,49.
Таблица 1
Данные, полученные при определении сил аутогезии
Таблица 2
Данные, полученные при определении сил адгезии
Вид зерна Влажность, % ^адг. ед, 10-4 Н £, %
Пшеница 15 0,015 10,8
20 0,027 10,5
25 0,065 10,3
30 0,12 10,1
Подсолнечник 15 0,04 9,7
20 0,09 9,6
25 0,12 9,5
30 0,19 9,1
Кукуруза 15 0,054 8,6
20 0,16 8,4
25 0,31 8,3
30 0,42 8,1
Выводы. Основываясь на полученных данных, можно сделать вывод о том, что более значительное влияние на влажный зерновой материал при движении его в бункере оказывает сила сцепления зёрен друг с другом (сила аутогезии) по сравнению с силой адгезии.
Литература
1. Ахматов, А. С. Молекулярная физика граничного трения / А. С. Ахматов. - М.: Физматгиз, 1968. - С. 313-319.
2. Кунаков, В. С. Интенсификация процессов выгрузки сводообразующих зерновых материалов: Дис. ... докт. техн. наук / В. С. Кунаков. - Ростов н/Д.: ДГТУ, 1998. -407 с.
Вид зерна Влажность, % ^аут. ед, 10-4 Н £, %
Пшеница 15 0,1 6,9
20 0,16 6,6
25 0,23 6,5
30 0,33 6,2
Подсолнечник 15 0,21 5,6
20 0,38 5,4
25 0,48 5,3
30 0,68 5,0
Кукуруза 15 0,41 4,7
20 0,56 4,5
25 0,62 4,2
30 0,86 4,1
Нива Поволжья № 1 (14) февраль 2010 75
