实验七、粉状物料摩擦角的测定 徐红燕 材料工程教研室 Tel: 13905316164

一、实验目的 在粉粒料的贮存与输送系统中，物料的流动性、物料之间及物料与固体壁面的摩擦等都涉及到摩擦特性，如在料斗的设计中，排料口的大小、料斗壁的倾斜角以及粉料对料斗壁的压力，这些参数的设计都是以摩擦特性为重要依据的。 设计不合理的料斗会给生产造成很大的困难。因此，通过对摩擦特性的研究测量，可为物料和气力输送系统等设计提供可靠的参数。

反映摩擦特性的物理量有： 物料的休止角、内摩擦角以及物料的壁摩擦角。 本实验要求： １）学会测量粉状物料的内摩擦角的方法： 　　物料的休止角、内摩擦角以及物料的壁摩擦角。 本实验要求： １）学会测量粉状物料的内摩擦角的方法： ２）掌握实验原理及有关仪器的操作使用。

二、主要仪器和试剂测试装置 主要仪器： ZJ应变控制式直剪仪 天平、秒表、测微表等。 试样： 粉煤灰、矿渣、钢渣、砖粉、砂粉等（实验时指定其中一种）

ZJ应变控制式直剪仪

见课本P37 三、基本原理 测试粉状物料摩擦角有两种方法 三轴压缩实验 直剪实验

莫尔圆 三轴压缩实验 莫尔圆半径为R=(σ1－σ3 )/2, 圆心坐标为(σ1＋σ3 )/2。 (σ1:垂直方向最大主应力; σ3 ：水平方向最小主应力） 极限破坏圆

直剪实验 本实验采 用该方法

直剪试验结果 σ/×104Pa 2.53 5.05 7.55 10.1 τ/×104Pa 4.50 5.37 6.29 7.18

粉体被剪断时的最大剪应力与粉体层上受到的垂直剪应力σ有关，σ越大，则粉体的最大剪应力τ也就越大。 改变粉体层上的垂直应力，就可以得到相应的最大剪切应力。 根据粉体上垂直应力和相应最大剪切应力的关系，可以作出σ－τ的关系曲线。

库仑粉体(即剪切应力与垂直应力呈线性关系的粉体), 其剪应力τ可由下式表达： τ＝σtgΦi＋c＝μiσ＋c Φi—内摩擦角 μi—内摩擦系数 c—附着力 当粉体粒子间不存在附着力时，c＝0。因此，通过垂直应力和剪应力关系图，即可求出内摩擦角。

破坏包络线方程 库仑粉体：σ与τ呈直线性的粉体。 若c＝0，则为无附着性粉体； 若c≠0，则为附着性粉体。

有附着力 c ≠0 无附着力 c =0

几个要记住的已知数值 杠杆长度比=12:1 剪切盒 截面积：30 cm2 高度：2 cm 容积 V=60 cm3 如何求剪切盒中试样的重量？ （如果已知物料孔隙率ε 、密度ρ） 　 m=ρ•V(1-ε) 　m—试样重量, g; 　V—剪切盒有效体积, cm3

则 m=ρ•V(1-ε) =3.0×103×103×60×10-6×(1-0.5) =90 (g) 例： 钢渣密度ρ为2.8~3.2×103Kg/m3, 取ρ =3.0×103Kg/m3 取孔隙率ε=0.5 则 m=ρ•V(1-ε) =3.0×103×103×60×10-6×(1-0.5) =90 (g)

量力环表上每一小格对应的位移为0.01 mm 或0.05 mm 量力环系数=1.826kPa/mm或1.771kPa/mm

仪器设备 固定盒 剪切盒 内有多孔透水石or透气片 滑轨上有钢珠 仪器调平衡 滑动盒 无载荷调平 有载荷调平

无载荷调平 用下面的手柄调。 注意有三根红线。 当横梁下端与中间一条红线平齐，即为平衡。 否则，不平衡，可通过调节另一端的秤砣调平。 每小组在做实验前只做一次无载荷调平 无载荷调平 用下面的手柄调。 　注意有三根红线。 　　当横梁下端与中间一条红线平齐，即为平衡。 　　否则，不平衡，可通过调节另一端的秤砣调平。

有载荷调平 当有载荷时，横梁下端与最上面一条红线平齐。 调平衡后，测试前一定要把销子拔下来，再看看指针是否归零，如果没有，可通过调节量力环表蒙子来调节。

通过在杠杆的一端加砝码，施加垂直应力. 砝码：共有2个1.275kg，3个2.55kg 求垂直应力σ σ=1.275×9.8×12×10-3/（30×10-4） =??kPa 　　达到剪切终点后，右旋手轮，使传压螺钉脱离钢珠，容器部件能自由取放为止。

四、实 验 操 作 规 程 1、检查剪切盒和直剪仪是否完好； 2、进行杠杆的无载荷调平； 3、按公式计算所需粉状物料的重量，并用天平称取物料； 4、对准滑动盒和固定盒，插入固定插销，依次放入多孔透气片和滤纸片，再将称量好的试样加入盒内，并使之在盒内充填均匀，按顺序依次加上滤纸片、多孔透气片、活塞和钢珠；

6、转动手轮甲，使固定盒前端的钢珠刚好与量力环接触，调整到量力环中测微表读数为零； 7、进行杠杆的有载荷调平； 8、调平结束后，拔掉剪切盒上的二个固定插销； 9、以4r/min的速度匀速转动手轮甲，当测微表的指针停止转动、摆动或后退时，表明剪切结束，记录测微表的最大读数；

必须使用坐标纸作图 10、实验结束后，顺序卸除测微表、荷重、加压框架、钢珠、固定盒等，并将剪切盒擦洗干净； 11、垂直荷重为1.275，2.550，3.825，5.100kg时分别各测定一次； 12、实验结束后，清理实验现场卫生。 注意 必须使用坐标纸作图

极限应力状态的判断 ： 量力环表指针不动，来回波动或读数减小时

思考题： 要求： 测量内(壁)摩擦角的最基本的方法是什么？ 在测量内(壁)摩擦角时，为什么手轮甲要均匀速度旋转？手轮乙有什么作用？ 记录实验全过程及数据并对实验结果分析、讨论，得出结论，写出实验报告。