散粒物料的力学特性

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1、第五章散粒物料的力学特性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。第一节摩擦特性第二节流动特性主要内容：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

2、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。库仑定律：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。第一节摩擦特性现代摩擦理论认为：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。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

3、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。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: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

4、，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：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。二、滑动摩擦角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。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

5、、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。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。四、休止角四、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

6、，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。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

7、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。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。五、内摩擦角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

8、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。休止角和内摩擦角的联系与区别：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