 |
4.5. Определение угла естественного откоса
|
|
|
|
Как уже говорилось в предыдущем разделе, в текучести проявляются те качества порошков, которые характеризуют их по сути именно как сыпучие тела, но в довольно жестких рамках - выходное отверстие круглой формы, часто небольшого диаметра (для Fе-порошков, например, всего 2, 5 мм). Иногда последнее вызывает заклинивание порошков у выхода, особенно мелких или со значительным содержанием мелкой фракции, которые легко образуют арочные структуры, препятствующие истечению основной массы.
Характеристикой сыпучести порошков является угол естественного откоса, который определяется как угол наклона свободно насыпанного материала к горизонтальной плоскости (рис. 4. 5). Величина этого угла для большинства порошков изменяется в диапазоне 25-70° [11] и всегда меньше для более сыпучего материала и, напротив, больше - для менее сыпучего.
Из общих соображений и самого определения ясно, что этот угол характеризует равновесное состояние всей массы свободно насыпанного на горизонтальной поверхности порошка при отсутствии всякого принудительного воздействия на него. Физический смысл этого параметра можно представить следующим образом [27]. Выберем совершенно произвольно любую покоящуюся частицу на поверхности конуса свободно насыпанного
порошка. Вес частицы Р можно разложить на две составляющие - нормальную к образующей конуса, равную N = Р cos а, и направленную вдоль этой образующей, которую можно выразить как f = Р sin а или f = N tg а. Для равновесия частицы необходимо, чтобы эта составляющая была уравновешена силой трения F = µN, где µ - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения. Отсюда следует, что F = f;
рис. 4. 5 Схема образования угла естественного откоса [ 12]
|
|
|
Рис. 4. 6. Приборы для определения угла естественного откоса
а: 1 - вертикальнан задвижка; 2 - ящик с прозрачной передней стенкой; б: 1 - воронка; 2 - задвижка; в - прибор обрушения
G AABkcnMvX3JlbHMvZTJvRG9jLnhtbC5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhACTQb+LhAAAACwEAAA8A AAAAAAAAAAAAAAAAawcAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLAQItAAoAAAAAAAAAIQBYieor7AQAAOwE AAAUAAAAAAAAAAAAAAAAAHkIAABkcnMvbWVkaWEvaW1hZ2UxLnBuZ1BLBQYAAAAABgAGAHwBAACX DQAAAAA= "> 
а о в
tJC
4? Ff
N tg а = µN, где коэффициент трения µ = tg а, а сам угол естественного откоса является в то же время углом трения.
Такое представление об угле естественного откоса делает его тождественным углу внутреннего трения между частицами, который характеризует сухое трение скольжения и трение качения между частицами порошка [11] и определяется в механике сыпучих сред сопротивлением этой среды сдвигу [28, 29].
Многими исследователями высказывается справедлиное возражение, что подобное отождествление носит чисто формальный характер и потому не всегда соответствует истине [19, 28, 29]. Очевидно, наиболее близко к действительности представление об угле естественного откоса как частном значении угла внутреннего трения для поверхностного слоя дисперсных материалов [19].
Методы определения этого угла, который легко замеряется любым угломером, различаются только по способу ссыпания порошка в виде конуса или скошенного клина на горизонтальной поверхности.
Самый простой способ требует только прямоугольного ящика с застекленными стенками [28, 30]. Поставленный на меньшее основание, он заполняется до половины объема порошком, затем осторожно опрокидывается на длинную грань, на которую порошок ссыпается в виде скошенного клина (угол его наклона кгоризонту ипредставляет искомый параметр).
Можно воспользоваться несколько усложненным прибором- (рис. 4. 6, а). Он состоит из ящика со стеклянной передней
|
|
|
стенкой и вертикальной задвижкой, разделяющей его на две половины - [28, 30, 31]. Ссыпание порошка происходит в свободный отсек емкости после выдвигания перегородки. Шкала по вертикали и горизонтали, нанесенная на приборе, дает возможность
вычислить достаточно точно величину tg а [31].
Прибор другой конструкции состоит из воронки с задвижкой, укрепленных на вертикальном стержне [24, 28] (см. рис. 4. 6, б). После засыпки порошка и открывания заглушки порошок ссыпается в виде горки, у которой может замеряться либо угол у основани с помощью угломера, либо высота и диаметр основания конуса для подсчета tg а (можно измерять и то и другое для большей надежности: эксперимента).
Существует способ засыпки порошка в полный цилиндр без дна, установленный на горизонтальной плоскости [28]. После осторожного и плавного поднимания цилиндра порошок рассыпается из него в виде конуса с наклоном к горизонтали под углом естественного откоса.
Несколько более сложен прибор [30], выполняемый в виде прямоугольного шкафа из оргстекла с разъемной боковой стенкой, состоящей из 16 пластинок (шесть верхних по 2 см высотой, остальные - по 1 см). По мере осторожного удаления этих пластинок, начиная с верхней, порошок ссыпается в нижнюю резервную емкость прибора, образуя клиновидный скос. Углы замеряются после извлечения каждой пластинки, начиная с шестой, т. е. при эксперименте десятикратно воспроизводится измеряемый параметр. Точность измерения составляет 1°. Можно угломером измерять сам угол, но рекомендуется расчет по tg а, для чего на торцевой стенке прибора закреплена масштабная линейка, которая дает возможность определить вертикальный катет, а горизонтальный и имеет постоянную величину, равную длине рабочей емкости.
Величина угла естественного откоса более универсальна с точки зрения оценки сыпучести порошков, нежели величина текучести. Как уже говорилось в начале раздела, порошки во многих случаях не истекают через воронку (например, высокодисперсные порошки, обладающие повышенными адгезионными свойствами) или текут с перерывами, что делает невозможным оценку величины текучести.
|
|
|
