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筒仓在工农业贮存领域中广泛存在,筒仓是用来贮存各种各样的散体物料(例如:水泥、煤、沙、粮食等)的筒状构筑物,当筒仓尤其是大型筒仓内存放具有粘性的散粒物料(主要是潮湿度大于2%的物料)时,在排料孔上方常可出现起拱的现象,当打开卸料口闸门时,从简仓排料口处只排出很少一部分物料,随之,物料就停止流动,物料颗粒在排料孔上方起拱。在筒仓内散粒物料的起拱,妨碍了筒仓的正常工作,甚至会影响整个输送系统的正常工作,因此消除筒仓内物料的起拱非常重要。
筒仓内散体颗粒间的摩擦力是导致颗粒结拱的直接原因,然而颗粒物料的摩擦性质与普通的固态物质有很大差别,本文在散体力学的理论基础上所做的具体工作如下:
本文用实验的方法研究了有限容器内颗粒间的摩擦力的影响因素和颗粒物质表面的摩擦性质,分别测量了在不同的填充高度、颗粒直径、探测棒提拉速度等条件下颗粒的摩擦力性质。实验表明,容器内颗粒间的最大静摩擦力与颗粒填充高度和颗粒直径成正比,颗粒间的摩擦力与探测棒的提拉速度无关。并通过对数据的分析得出:颗粒体系中形成空洞的原因以及空洞坍塌所需要的时间,坍塌时间随颗粒填允高度的变化关系为:t=M exp(h/ρ)+N;湿度为4%的颗粒相比干燥颗粒更易结拱等。
本课题在分析颗粒拱形成的基础上,成功研制出一种可行、有效的预防和破除筒仓内颗粒物质结拱的装置——防筒仓内颗粒物质结拱的软轴振动管。并进行模拟筒仓结拱试验,验证了该软轴振动管有效的破拱功能。此发明设计合理,效果显著,使用方便,成本经济,也是本文的一项创新之处,已成功申请到国家专利,专利号为200920257761。
本文的研究方法和试验结果对预防筒仓内散体颗粒的结拱提供了一定的参考价值。