KURZUS: Anyagmozgatás-raktározás I.

MODUL: I. modul: Az anyagmozgatás alapjai

8. lecke: Mozgatandó anyagok jellemzése - Az ömlesztett anyagok általános jellemzői és vizsgálatuk

|  | Tanulási útmutató
| Tanulási célok
| A lecke feldolgozása után Ön képes lesz:
| kiválasztani az ömlesztett anyagok anyagmozgatását befolyásoló tényezőket; saját szavaival meghatározni az ún. ideális ömlesztett anyag főbb általános jellemzőit; felsorolni az ömlesztett anyagok vizsgálandó tulajdonságait; saját szavaival meghatározni a szemcsenagyság, szemcseösszetétel és szemcseméret fogalmát; ábra alapján kiválasztani az anyagmozgató gépek szempontjából meghatározó szemcseméretet; kiválasztani a szemcseösszetétel meghatározásának eljárásait; ábra alapján kiválasztani a szitaanalízis elvi megoldását; kiválasztani a szitaanalízis eredményét jellemző ábrát; kiválasztani, hogy mit jelöl a szitaanalízis görbéje; kiválasztani, hogy a szemeloszlási görbe koordinátáin milyen jellemzőket ábrázolunk; értelmezni a különféle szemeloszlási görbéket; kiválasztani az osztályozott és osztályozatlan anyagot elkülönítő mérőszámot; csoportosítani a szitaanalízis során kapott frakciók neveit a jellemző mérőszámokkal; saját szavaival meghatározni a mértékadó szemcsenagyság fogalmát; kiválasztani osztályozott és osztályozatlan anyag esetében a mértékadó szemcsenagyságot meghatározó összefüggést; adatok alapján meghatározni a mértékadó szemcsenagyság értékét; felsorolni a nedvességtartalom összetevőit; csoportosítani a belső- és a külső nedvesség jellemzőit; kiválasztani a nedvességtartalom elemzésekor alkalmazott szempontokat, lépéseket; kiválasztani a nedvességtartalom meghatározására szolgáló összefüggést; adatok alapján meghatározni a nedvességtartalmat jellemző mérőszámot; saját szavaival meghatározni a térfogattömeg fogalmát; kiválasztani a térfogattömeg és a sűrűség jellemzőit; kiválasztani a térfogattömeget befolyásoló hatásokat; kiválasztani a anyagmozgatógépek, tárolók méretezésénél alkalmazandó szabályokat; kiválasztani a koptató hatást befolyásoló tényezőket; keménységük alapján sorba rendezni az anyagokat; megadni az anyagokra jellemző Moos-féle keménységi skála értékeket; saját szavaival meghatározni a fagypont alatti hőmérséklet hatását az ömlesztett anyagokra; saját szavaival meghatározni a ragadási és összetapadási hajlam fogalmát; saját szavaival meghatározni a belső súrlódás és kohézió fogalmát; kiválasztani a belső súrlódás összetevőit; kiválasztani a belső súrlódás és kohézió hatásait az anyagmozgatási folyamatra; kiválasztani a nyírószilárdság vizsgálati eljárását; kiválasztani a nyíróvizsgálat, a rézsűszög meghatározásának elvi ábráit; kiválasztani a nyíró- és rézsűszög vizsgálatok elvi leírását; kiválasztani az omlasztással és ömlesztéssel meghatározott rézsűszögek arányait; kiválasztani a rázás, vibrálás hatására kialakuló rézsűszög változás jellegét; kiválasztani a rézsűszög értékek változását befolyásoló főbb tényezőket.
| Tevékenységek
| Olvassa el a következő leckét! Válassza ki az ömlesztett anyagok anyagmozgatását befolyásoló tényezőket! Határozza meg az ún. ideális ömlesztett anyag főbb általános jellemzőit! Sorolja fel az ömlesztett anyagok vizsgálandó tulajdonságait! Határozza meg a szemcsenagyság, szemcseösszetétel és szemcseméret fogalmát! Válassza ki ábra alapján az anyagmozgató gépek szempontjából meghatározó szemcseméretet! Válassza ki a szemcseösszetétel meghatározásának eljárásait! Válassza ki ábra alapján a szitaanalízis elvi megoldását! Válassza ki a szitaanalízis eredményét jellemző ábrát! Válassza ki, hogy mit jelöl a szitaanalízis görbéje! Válassza ki, hogy a szemeloszlási görbe koordinátáin milyen jellemzőket ábrázolunk! Értelmezze a különféle szemeloszlási görbéket! Válassza ki az osztályozott és osztályozatlan anyagot elkülönítő mérőszámot! Csoportosítsa a szitaanalízis során kapott frakciók neveit a jellemző mérőszámokkal! Határozza meg a mértékadó szemcsenagyság fogalmát! Válassza ki osztályozott és osztályozatlan anyag esetében a mértékadó szemcsenagyságot meghatározó összefüggést! Határozza meg adatok alapján a mértékadó szemcsenagyság értékét! Sorolja fel a nedvességtartalom összetevőit! Csoportosítsa a belső- és a külső nedvesség jellemzőit! Válassza ki a nedvességtartalom elemzésekor alkalmazott szempontokat, lépéseket! Válassza ki a nedvességtartalom meghatározására szolgáló összefüggést! Határozza meg adatok alapján a nedvességtartalmat jellemző mérőszámot! Határozza meg a térfogattömeg fogalmát! Válassza ki a térfogattömeg és a sűrűség jellemzőit! Válassza ki a térfogattömeget befolyásoló hatásokat! Válassza ki a anyagmozgatógépek, tárolók méretezésénél alkalmazandó szabályokat! Válassza ki a koptató hatást befolyásoló tényezőket! Rendezze sorba keménységük alapján az anyagokat! Adja meg az anyagokra jellemző Moos-féle keménységi skála értékeket! Határozza meg a fagypont alatti hőmérséklet hatását az ömlesztett anyagokra! Határozza meg a ragadási és összetapadási hajlam fogalmát! Határozza meg a belső súrlódás és kohézió fogalmát! Válassza ki a belső súrlódás összetevőit! Válassza ki a belső súrlódás és kohézió hatásait az anyagmozgatási folyamatra! Válassza ki a nyírószilárdság vizsgálati eljárását! Válassza ki a nyíróvizsgálat, a rézsűszög meghatározásának elvi ábráit! Válassza ki a nyíró- és rézsűszög vizsgálatok elvi leírását! Válassza ki az omlasztással és ömlesztéssel meghatározott rézsűszögek arányait! Válassza ki a rázás, vibrálás hatására kialakuló rézsűszög változás jellegét! Válassza ki a rézsűszög értékek változását befolyásoló főbb tényezőket!
| A feldolgozáshoz szükséges idő: 70 perc olvasás, tanulás, 25 perc önellenőrzés.
| Tananyag
| Az ömlesztett anyagok általános jellemzése
| Az ömlesztett áruk csoportjába soroljuk mindazokat az általában egynemű és többé-kevésbé hasonló alakú árukat, amelyeknek szállítását, rakodását és tárolását nagy tömegben, rendezetlenül és csomagolatlanul végzik. Ilyen módon kerülnek szállításra az ásványi anyagok, bányatermékek (érc, szén, homok stb.), egyes ipari termékek (műtrágya, burgonya, kukorica, cukorrépa stb.), valamint egyes élelmiszeripari cikkek (liszt, cukor), persze ezek mindegyike az igényektől és körülményektől függően zsákolva vagy egyébmódon csomagolva, darabáruként is továbbítható. Az ezen csoportba sorolt áruféleségek eltérő tulajdonságúak és darabnagyságúak lehetnek, porszerű anyagtól a nagydarabos bányatermékekig és az ömlesztve szállításra és tárolásra kerülő papírfarönkig. Közös jellemzőjük azonban az, hogy az anyagmozgatási folyamaton az egyedi darabok sokasága, tömege vonul végig, ezért az ömlesztett áruk csoportjába tartozó termékeket gyakran tömegáruknak is nevezik.
| A különböző fajtájú anyagmozgató gépekkel továbbításra kerülő ömlesztett anyagokat sűrűségük, belső súrlódásuk és kohéziójuk, valamint számos más egyéb tulajdonságuk jellemzi és ezek meghatározzák mind a mozgatás közbeni, mind a tárolási alatti sajátos viselkedésüket.
| A jelenségeket vizsgáló "ömlesztett anyagok mechanikája" törvényeinek meghatározását igen bonyolulttá tenné az összes előbb említett jellemzők, így például az anyag eltérő szemnagyság és a szemcsék között ébredő kohéziós erők egyidejű hatásának figyelembevétele, ezért a vizsgálatok áttekinthetőbbé tétele érdekében az anyagot idealizáljuk. A vizsgálatokban részt vevő ideális ömlesztett anyag azonos méretű és szabályos alakú szemcsékből áll, amelyek között csak belső súrlódás ébred, azaz kohézió nem áll fenn.
| Az ideális anyagra megállapított törvényszerűségeket vonatkoztatjuk aztán az egyes, sajátos tulajdonságokkal bíró ömlesztett anyagokra és annak alapján határozhatjuk meg várható viselkedésüket.
| Az ömlesztett anyagok jellemzői és vizsgálatuk
| Szemnagyság és szemcseösszetétel
| Az ömlesztett anyag hézagokkal körülvett változó méretű és alakú szemcsékből áll. A szemcsék közötti hézagokat általában levegő, egyes esetekben pedig víz tölti ki. Az ömlesztett anyag külső behatásokkal szemben való viselkedését az alkotó szemcsék nagysága és alakja, valamint szemcseösszetétele nagymértékben befolyásolja.
| A szemcsék alakja lehet gömbölyű, gömbölyded, lemezes, lapos szögletes, koptatott, tojás-, répa- és korong alakú stb. Ha a szemcsét gömb alakúnak képzeljük, akkor mérete egyetlen adattal, az átmérővel megadható. Gyakorlatban azonban a szemcse mindig szabálytalan alakú, ezért a szemcseátmérő fogalmát csak mint a szemcsenagyság névleges méretére jellemző adatot használjuk, és alatta annak a legkisebb négyzet vagy kör alakú nyílásnak a méretét - oldalhosszát vagy átmérőjét - értjük, amelyen a szemcse még átesik. A meghatározás módszeréből következik, hogy hosszúkás alakú szemcsék (pl. búza, árpa, aprított kőzetek) egyik mérete, azaz a hossza nagyobb lehet, mint a szemnagyság meghatározására szolgáló szita vagy rosta nyílásának névleges mérete.
A szemcse jellemző méretei
8-1. ábra
| Ezért az ilyen hosszúkás szemcsék nagyságát három egymásra merőleges síkban mért méretükkel kell pontosan meghatározni (8-1. ábra). Ezek közül a legnagyobb méret a hossz, a szemcsenagyság (w), amely - különösen nagyobb darabok esetén - jelentős befolyással van az alkalmazandó anyagmozgató gépek és berendezések egyes főméreteinek (pl. szállítószalagok hevederszélessége, elevátorok serlegének szájnyílás mérete, bunkerek kiömlőnyílásának átmérője stb.) meghatározására.
| Finomabb, szabad szemmel nem látható szemcsék átmérőjén annak az azonos anyagból levő gömbnek az átmérője értendő, amely adott folyadékban a szemcsével azonos sebességgel süllyed.
| Az ömlesztett anyag szemcseösszetételén az anyagot alkotó szemcsék szemnagyság szerinti eloszlását értjük és tömegszázalékban adjuk meg. A szemcseösszetételt szitálással vagy rostálással határozzuk meg, úgy, hogy az ömlesztett, vegyes szemcsenagyságú anyagot különböző nyílású sziták segítségével frakciókra bontjuk szét (8-2. ábra).
Vázlat a szitaanalízis értelmezésére
8-2. ábra
| A szitálás eredményét szemeloszlási görbe ábrázolja. A görbe egy-egy pontja megadja, hogy egy bizonyos méretnél nagyobb szemcsék összesen hány tömegszázalékban vannak jelen az anyaghalmazban. A görbe tehát összegező, integráló görbe (8-3. ábra).
| A szemeloszlási görbe abszcisszájára a szitanyílást, illetve az ezzel meghatározott szemnagyságot számszerűen vagy a legnagyobb szemcseméret (w max) százalékában - a jobb áttekinthetőség érdekében gyakran logaritmikus léptékben - és az ordinátára pedig az át nem esett szemcsék, azaz az ún. szitamaradék százalékos tömegarányát mérjük fel.
| Az ömlesztett anyagra a benne előforduló legkisebb és legnagyobb szemcsék méreteinek aránya jellemző. Egyes anyagféleségek, mint pl. a burgonya, gabona vagy brikett szemnagysága általában hasonló, míg az ércek, szén és ásványféleségek összetétele a porostól a nagydarabosig változhat az egyes lelőhelyek sajátosságaitól, valamint a későbbi osztályozás mértékétől függően.
A szemeloszlási görbe és jellemző alakulásai
8-3. ábra
| Ha az előforduló legnagyobb és legkisebb szemcsék mérete közti arány 2,5 vagy annál kisebb, azaz
w max⁡ w min⁡ ≤2,5
| az anyag osztályozottnak minősül.
| Ha a fenti arány nagyobb, mint 2,5 az anyag osztályozatlan.
| A szitaanalízis során az ömlesztett anyag szemnagyság szerint az alábbi frakciókra bontható:
nagydarabos | > 160 mm,
darabos | 60 - 160 mm,
apródarabos | 10 - 60 mm,
durvaszemcsés | 2 - 10 mm,
finomszemcsés | 0,5 - 2 mm,
porszemű | 0,05 - 0,5 mm, és
por, liszt | < 0,05 mm.
| Az anyagmozgató gépek megválasztása szempontjából az ömlesztett anyagot a mértékadó szemcsenagysága jellemzi, ezt szitaanalízise alapján határozhatjuk meg.
| Ha a nem osztályozott (osztályozatlan) ömlesztett anyag w max és 0,8 w max szemnagyság közé eső frakciójában az anyag mennyiségének 10%-ánál kevesebb jut, az anyag mértékadó szemnagysága (8-3. a) ábra):
w m =0,8 w max⁡
| Ha pedig a 0,8 w max méretűnél nagyobb szemcsék frakcióinak aránya nagyobb, mint 10%, a mértékadó szemnagyság (8-3. b) ábra):
w m = w max⁡
| Azaz az osztályozatlan anyagot ez esetben a legnagyobb méretű szemcse mérete jellemzi.
| Osztályozott anyag esetében a mértékadó szemnagyság a közepes szemcseméretnek felel meg (8-4 ábra), azaz:
w m = w max⁡ + w min⁡ 2
A szemeloszlási görbe és jellemző alakulásai
8-4. ábra
| a) Nedvességtartalom
| Általában minden ömlesztett anyag bizonyos nedvességet tartalmaz, amely lehet:
| Belső nedvesség, mégpedig
| vegyileg az anyaghoz kötött ún. kristályvíz, vagy a környező levegőből az anyagszemcsékbe beszivárgó higroszkopikus nedvesség, és
| Külső nedvesség
| az anyagrészecskék felületén filmréteget képező molekuláris nedvesség, vagy az egyes anyagszemcsék közötti hézagokat kitöltő víz (gravitációs víz).
| A külső nedvességet tartalmazó ömlesztett anyagokat nedves anyagoknak nevezzük. Ha ezeket hosszabb ideig szabad levegőn tartjuk a külső nedvesség elpárolog és az anyagban visszamarad a belső nedvesség az ilyen anyagokat légszáraz állapotúnak nevezzük. A csak kristályvizet tartalmazó ömlesztett anyag a száraz anyag.
| A nedvességtartalmat az anyagnak 105 °C hőmérsékleten 2-4 óra hosszat tartó szárítása előtt és után lemért tömege összehasonlításával, a száraz anyag tömegszázalékában adjuk meg:
N= G 1 − G 2 G 2 100​ (%)
| ahol G1 az anyag tömege szárítás előtt és G2 szárítás után.
| b) Térfogattömeg és sűrűség (Térfogatsúly és fajsúly)
| Az ömlesztett anyag térfogattömegén a térfogategységben elhelyezhető anyagmennyiség tömegét értjük és kg/m 3 vagy t/m 3 értékben adjuk meg. Ennél mindig nagyobb az anyagnak a sűrűsége, amely alatt a térfogategységnyi tömör - tehát az anyag - szemcsék közötti hézagokban levő levegő - és vízzárványoktól mentes - anyag tömege értendő. Ennek dimenziója is kg/m3 vagy t/m3.
| Az előbbiekből következik, hogy az ömlesztett anyag térfogattömege annál kisebb, minél nagyobbak a szemcsék közötti levegővel kitöltött hézagok. Amennyiben a hézagok vízzel vagy apróbb szemcsékkel, illetve porral töltődnek fel a térfogattömeg arányosan növekszik. Levegővel keveredett, laza állapotú lisztszerű és poros anyagok térfogattömege lényegesen kisebb az ugyanazon fajtájú vagy minőségű darabos anyag térfogattömegénél. Azonban hosszabb állás, illetve ütögetés vagy vibrálás hatására a légbuborékok eltávoznak és az anyag jelentékeny mértékben, esetleg eredeti térfogatának felére is összetömörödik, és így térfogattömege jelentősen megnövekedik, majdhogy a sűrűség érétkét is eléri.
| Miután a nedvességtartalom, szemnagyság és szemcseeloszlás, valamint a tömörödési jelenségek ugyanazon fajtájú ömlesztett anyag térfogattömegét is jelentősen befolyásolják, a tervezés megkezdése előtt a kezelendő anyag összetartozó jellemzőit gondosan meg kell határozni, illetve mérési lehetőség hiányában a táblázatokból kivett adatokat csak, mint két - tág határok között változó - szélső érték átlagát szabad alapul venni (8-1. táblázat).
| Ömlesztett anyagok térfogattömege (MSZ 8640-54)
Anyag | t/m 3 | Anyag | t/m 3
Antracit, darabos és légszáraz | 0,82-0,90 | Homok, finom és nedves | 1,65-2,10
Aprószén, W20mm | 0,80-0,85 | Homok, durva | 1,40-1,60
Szén darabos és légszáraz | 0,72-0,86 | Formázóhomok | 1,15-1,60
Barnaszén, darabos és légszáraz | 0,65-0,78 | Kavics, száraz | 1,70-1,90
Lignit | 0,65-0,85 | Kavics, nedves | 1,90-2,10
Tőzeg, száraz | 0,32-0,41 | Kavicsos homok száraz | 1,50-1,65
Tőzeg, nedves | 0,41-0,65 | Kavicsos homok, nedves | 1,60-1,80
Koksz, darabos és légszáraz | 0,40-0,55 | Dolomit | 1,20-1,50
Fejlett szén (aknaszén) | 0,70-0,95 | Gránit, zúzott | 1,80-2,50
Széntüzelés salakja | 0,65-0,85 | Mészkő, zúzott | 1,50-1,80
Granulált kohósalak | 0,60-1,00 | Homokkő | 1,30-1,50
Széntüzelés hamuja, száraz | 0,55-0,90 | Pala | 1,80-2,80
Falazótégla | 1,40-1,55 | Vasérc | 1,75-3,00
Kliner-tégla | 1,60-2,00 | Kvarc | 2,30-2,80
Mész, égetett, darabos | 1,00-1,40 | Búza | 0,70-0,80
Portlandcement lazán öntve | 1,10-1,45 | Rozs | 0,68-0,80
Salakcement, lazán öntve | 0,90-1,10 | Árpa | 0,65-0,72
Beton, plasztikus vagy földnedves | 1,80-2,45 | Zab | 0,40-0,55
Föld, száraz | 1,10-1,60 | Kukorica morzsolt | 0,70-8,80
Föld, nedves | 1,60-1,80 | Liszt | 0,65-0,72
Agyag, száraz | 1,20-1,60 | Cukorrépa | 0,47-0,65
Agyag, nedves | 1,60-2,10 | Cukor, darabos | 0,75-1,00
Homok, finom és száraz | 1,10-1,65 | Kősó | 1,50-2,20
Finom só | 0,65-1,50 | Műtrágya | 0,85-1,00
Csont | 0,80-1,15 | Fűrészpor | 0,30-0,35
8-1. táblázat
| Az ömlesztett anyagok térfogattömegének meghatározási módját az MSZ 8640-54 országos szabvány részletesen tárgyalja és megadja, mint leglényegesebb feltételt, a szemcsenagyság és mérőedény mérete közötti összefüggést is.
| A méretezés biztonsága érdekében az ömlesztett anyag tömegéből adódó terheléseknél valamint az anyagmozgató gép működtetéséhez szükséges munkateljesítmény számításánál mindig a térfogattömeg óvatosan becsült felső határértékével célszerű számolnunk. Hasonló okból a meghatározott tömegű ömlesztett anyagot befogadó tárolók befogadóképessége vagy továbbító anyagmozgató gépek szállítóképessége számításánál a száraz, laza anyagokra jellemző alsó határértéket kell alapul venni.
| A különböző ömlesztett anyagok térfogattömegük szerint az alábbi csoportokba sorolhatók:
igen könnyű anyagok (pl. faforgács) | < 0,3 t/m3
könnyű anyagok (koksz) | 0,3 - 0,6 t/m3
középnehéz anyagok (szén) | 0,6 - 1,2 t/m3
igen nehéz anyagok (ércek) | > 2,0 t/m3
| c) Koptató hatás (abrazivitás)
| Egyes ömlesztett anyagoknak a velük érintkező felületeket rongáló, koptató hatása elsősorban az anyag szemcséinek keménységétől függ, de ezen túlmenően a felületek érdessége is figyelembe veendő. A gyakorlatban előforduló ömlesztett anyagok közül leginkább koptató a koksz, de jelentős kopást okoz a kvarchomok, a bauxit, a cement, a különböző ércek, az égetett építőipari termékek, sőt még a gabona is.
| Az egyes ömlesztett anyagok keménységét az alábbi Moos-féle összehasonlító keménységi skála értékeivel adjuk meg a legpuhább talkumtól a legkeményebb gyémántig.
talkum | 1 | földpát, molibdén | 6
gipsz, kősó | 2 | kvarc | 7
mészpát, réz | 3 | topáz | 8
folypát, vas | 4 | zafír, korund, timföld | 9
|  | gyémánt | 10
| Megjegyzendő, hogy egyes viszonylag puhább anyagok szemcséinek érdes felületei, éles sarkai is jelentős károsodást okozhatnak a velük érintkező gépelemekkel és felületekkel, így pl. az éles sarkú, de nem abrazív kőszén nagyobb magasságból lehullva a szállítószalag gumihevederét erősen rongálja.
| d) Összefagyási hajlam
| Külső nedvességtartalommal bíró ömlesztett anyagok hosszabb időtartamú fagypont alatti hőmérsékleten tartás során egyetlen, nehezen széttörhető tömeggé fagynak össze. Erre leginkább hajlamosak az apró szemű mosott szén, a flotált ércek, a szállítás közben megázott anyag és bauxit.
| e) Ragadási és összetapadási hajlam
| Ragadásnak nevezzük az ömlesztett anyagok azon tulajdonságát, hogy ráragadnak vagy tapadnak másfajta anyagból kiképzett felületekre. Általában a nedves anyagok ragadnak, de egyes száraz anyagoknak is megvan az a tulajdonságuk, hogy fára vagy nyirkos anyagra feltapadnak. Ez utóbbi jelenség az anyagrészecskék között fennálló molekuláris vonzerővel magyarázható.
| Összetapadásnak azt a jelenséget nevezzük, amikor huzamosabb idejű tárolás után egyes ömlesztett anyagok szemcséi összetapadnak, ez leginkább a levegőből felszívott higroszkopikus nedvesség hatására következik be. Az összetapadási hajlam az anyagban létrejövő nyomással növekszik, ezért különösen tárolóbunkerek alsó részében áll elő az összetapadás.
| f) Belső súrlódás és kohézió
| Súrlódásnak nevezzük azt az ellenállást, amelyet a két egymáson nyugvó, de különálló test elmozdításához a mozgás irányában ható erőnek le kell győznie. A súrlódás passzív erő, amely csak aktív erő működése esetén és azzal azonos mértékben ébred. A súrlódási törvény igen bonyolult természeti törvény, amely több tényező hatására jön létre, és a fizikai lényegére vonatkozó nézetek sem egységesek. Számos kísérlet rámutatott azonban arra, hogy a súrlódást jellemző ellenállási tényező az ún. súrlódási tényező értéke nagymértékben függ az érintkező felületek közti folyadék "film" tulajdonságaitól. Ez a film idézi elő az adhézió, illetve a kohézió jelenségét is.
| Ömlesztett anyagok esetében súrlódás az egyes szemcsék között lép fel. Ha a szemcsék mérete a rájuk tapadt filmburok vastagságához képest nagy, akkor az adhézió alárendelt szerepet játszik, mert a terhelés következtében az egyes szemcsék érintkezési pontjain fellépő nyomás az érintkezési pontok viszonylag kis száma miatt nagy, a film emiatt erősen összenyomódik, és a nyomás gyakorlatilag szemcséről szemcsére adódik át. Az ilyen ömlesztett anyagban nagy lesz a belső súrlódás, és nem jelentkezik adhézió. A viszonylag kis szemcséjű anyagoknál a felületegységre jutó érintkezési pontok száma megnövekszik, emiatt a szemcsék között ébredő fajlagos nyomás csökken, és ez az abszorpció és film viszonylagos vastagságnövekedését eredményezi. A nyírási ellenállás csökken, azonban jobban érvényre jut a film adhéziója, ezért van az, hogy egyes finomszemcséjű anyagok (pl. agyag, nedves homok) kicsiny belső súrlódással, de jelentős kohézióval rendelkeznek.
| Bár a vizsgálatok azt mutatják, hogy a víznek fontos szerepe van az ömlesztett anyagok nyírószilárdságának nagyságában és annak változásában, mégis azt kell megállapítani, hogy a víznek kenőhatása nincsen sőt bizonyos - vizet felszívó - anyagoknál a súrlódási tényezőt növeli.
| Az ömlesztett anyagok belső súrlódásának vizsgálata során mindig szemcsehalmazokkal van dolgunk, és az ezeknél előálló jelenségek sokkal bonyolultabbak, mint a felületek menti súrlódás esetében. A szemcsék érdes felületeikkel egymásba kapaszkodnak, vagy egymáson néha a csúszás irányára merőlegesen is elgördülnek stb. Így megállapítható, hogy az ömlesztett anyagnak a csúszólap és gördülő ellenállásból, részben pedig a szemcsék egymásba kapcsolódásából tevődik össze.
| A belső súrlódás az egymással érintkező szemcsék között a mozgással szemben fellépő ellenállás részben csúszó és gördülő ellenállásból, részben pedig a szemcsék egymásba kapcsolódásából tevődik össze.
| A belső súrlódás az egymással érintkező szemcsék között a mozgással szemben fellépő erő, amely a nyomás növekedésével lineárisan változik. A kohézió pedig egy, az ömlesztett anyag fajtájára jellemző állandó, a normális feszültségtől független és hatása abban jelentkezik, hogy az anyagszemcsét tömör közegként összetartja.
| Egyes anyagok (pl. nedves vagy agyagos homok, őrölt salak, bauxit stb.) nehezen ömleszthetők és összeálló, tapadó tulajdonságúak. Huzamos állás után annyira összetapadnak, hogy halomba rakott anyag elszállításakor a visszamaradó rész függőleges falat vagy visszahajló boltozatot is képes alkotni. Balesetveszélyessége miatt az ilyen anyagok szállítása nagy elővigyázatosságot igényel.
| Ha a kohézió zérus a nyírószilárdság csak a belső súrlódásból származik. Az ilyen anyagok (pl. száraz homok, kavics, osztályozott szén) jól ömleszthetők, nem tapadnak össze, halomba rakva a belső súrlódásra jellemző szöggel rézsűt alkotnak.
| Egyes különleges anyagoknál (pl. nedves anyag és bentonit stb.) elhanyagolható belső súrlódás mellett igen nagy a kohézió.
| Az ilyen anyagok szállítás és rakodás szempontjából nagyon kellemetlenek, mert az anyagmozgató gépekre és a tároló tartályok falaira feltapadnak és így az anyagmozgató létesítmények csak állandó ellenőrzés és tisztogatás mellett üzemeltethetők.
| Az ömlesztett anyag nyírószilárdságát legegyszerűbben nyírókísérlettel lehet meghatározni. A kísérleti nyíródoboz (8-5. ábra) egy alsó állókeretből és az azon vízszintes irányban elmozdítható felső keretből áll.
Az ömlesztett anyagok nyíróvizsgálatára alkalmazott készülék vázlata
8-5. ábra
A nyírókísérlet eredményei
8-6. ábra
| Az anyagminta két fésűs fémbetét vagy fogazott szűrőkő közé kerül és felülről N értékű normális nyomóerőt fejtünk ki rá, majd a felső keretre kifejtett vízszintes T erőt mindaddig növeljük, amíg az anyagban csúszólap alakul ki és a két keret egymáshoz képest el nem mozdul. Egyidejűleg a mérőórákkal a vízszintes és függőleges terhelésre elvégzett kísérlet alakváltozási görbéit a 8-6. ábra bal oldalán tüntettük fel.
| A görbék megadják a minta elnyírásakor ébredő nyírófeszültségeket ( τ max ).
| Ha pedig a feszültségeket a megfelelő → feszültségek függvényében felrakjuk, megkapjuk a Coulomb-féle nyírási egyenest (8-6. ábra jobb oldala), amelyből már leolvasható a súrlódási szög és kohézió értéke. Az ábra feltünteti a függőleges elmozdulások változását, valamint a folyamatos alakváltozáshoz tartozó nyírófeszültségek alapján meghatározható Coulomb-féle egyenest is.
| A nyíródobozzal végzett kísérletek - a mintában végbemenő bonyolult feszültség-eloszlási folyamatok, torzulások és a mérési felület változása miatt - csak közelítő értéket adnak.
| Az ömlesztett anyag belső súrlódási szöge ( ϕ) és belső súrlódási tényezője ( μ=t g α ) közvetlenül nem érzékelhető, ill. mérhető, mivel gyakorlatilag az anyag kohéziója sohasem zérus.
| Jól ömleszthető anyagokra (pl. száraz homok) azonban jó közelítéssel a belső súrlódási szög a természetes rézsűszöggel ( α) vehető azonosnak (8-7. ábra).
A természetes rézsűszög meghatározási módja ömlesztéssel
8-7. ábra
| Természetes rézsűszögnek a szabadon ömlesztett szemcsés anyag szabad felületének a vízszintes síkkal bezárt legnagyobb hajlásszögét értjük. Meghatározása ömlesztéssel vagy omlasztással történhet, kis kohéziójú anyagoknál a két érték közel azonos, nagyobb kohéziójú anyagféleségeknél azonban az omlasztással meghatározott rézsűszög ( α) mindig nagyobb (8-8. ábra).
A rézsűszög ömlesztet és omlasztott értéke
8-8. ábra
| Az ömlesztett anyag természetes rézsűjének kialakulásánál nagyjából ugyanazon jelenségek (a szemcsék egymásba kapaszkodása, nedvesség hatása, film kialakulása stb.) játszanak közre, mint a belső súrlódás esetén. Az ömlesztett anyagokat továbbító gépek így pl. a hevederes szállítószalagok szállítóképességének meghatározásánál fontos az anyag természetes rézsűszögének, valamint annak a rázás, vibrálás mellett való megváltozásának pontos ismerete, mert a szállítás közbeni rézsűszög-csökkenés az anyag leszóródását eredményezheti. A 17. ábrán különböző frekvenciájú és időtartamú rázás utáni rézsűszög-csökkenések vannak feltüntetve.
A rézsűszög változása rázás során
8-9. ábra
| A 8-7. ábra az ömlesztett anyag rézsűszögének ömlesztéssel, a 8-10. ábra pedig omlasztással való meghatározására szolgáló eszköz vázlatát mutatja.
Az ömlesztett rézsűszög értékének meghatározása
8-10. ábra
| A 8-8. ábrán pedig a mindkét jellemző egyidejű meghatározásra alkalmas szerkezet látható.
| A különböző anyagokra nyert értékek a szemcsenagyság, nedvességtartalom és egyéb jellemzők miatt bizonyos határok között változnak, jelentős kihatással van a nyert értékre az ejtési magasság, illetve a leomlasztott fal magassága is. Ezért ügyelni kell a méréseknél az azonos feltételek szigorú biztosítására.
| Információ és feladat
| Keressen olyan ömlesztett anyagokat, ahol a rézsűszög kialakulása megfigyelhető! Milyen szállítási, mozgatási tevékenység eredményeként figyelhető meg a rézsűszög?
8-11. ábra. Ömlesztett anyag
Természetes rézsűszög kialakulása | 1/2

|  | Önellenőrző kérdések
| 1. Egészítse ki a következő mondatot a hiányzó kifejezéssel! A vizsgálatok kezelhetősége érdekében az ömlesztett anyagot .
| 2. Válassza ki a kép és jelölései alapján azt a méretet, amelyet szemcsenagyságnak nevezünk!
| a szemcsenagyság = Y
| a szemcsenagyság = X
| a szemcsenagyság = W
| a szemcsenagyság = X * Y
| a szemcsenagyság = W * X * Y
| a szemcsenagyság = W * Y
| a szemcsenagyság = (W + X + Y) / 3
| 3. Egészítse ki a következő mondatot a hiányzó kifejezéssel! Az anyagmozgató berendezések fő méreteit (szájnyílás, hevederszélesség stb.) a szállítandó anyag alapján határozzák meg.
| 4. Válassza ki a helyes megoldást! A szemeloszlási görbe:
| a szemcse legnagyobb méretének meghatározására szolgál
| az anyagban található szemcsék méretarányát jellemzi
| az anyag térfogattömegét adja meg
| 5. Válassza ki, hogy a szemeloszlási görbe két tengelyén tipikusan mit ábrázolunk!
| az x tengelyen a szitanyílást (szemcsenagyságot) a legnagyobb szemcseméret százalékában, az y tengelyen az át nem esett szemcsék százalékos tömegarányát adjuk meg
| az x tengelyen az átlagos szemcsenagyságot, az y tengelyen a szitába beszorult szemcsék tömegarányát adjuk meg
| az x tengelyen az anyag sűrűségét, az y tengelyen az anyag térfogattömegét adjuk meg
| az x tengelyen az anyagot jellemző legkisebb szemcsenagyságot, az y tengelyen a vizsgált anyag teljes térfogattömegét adjuk meg
| 6. Válassza ki a helyes megoldást! A szállítandó anyag osztályozatlannak minősül, ha:
| w max⁡ w min⁡ = 1,9
| w max⁡ w min⁡ ≤ 2,5
| w max⁡ w min⁡ > 2,5
| w max⁡ w min⁡ = 3,5
| 7. Egészítse ki a következő mondatot a hiányzó két kifejezéssel! Az anyagmozgató gépek megválasztásánál az ömlesztett anyagot a szemcsenagyság jellemzi, amelyet a határozunk meg.
| 8. Válassza ki a helyes megoldást! A w m =0,8 ⋅ w max⁡' mértékadó szemcsenagyságot meghatározó összefüggést, akkor alkalmazzuk, ha nem osztályozott ömlesztett anyagban:
| a wmax és a 0 ,8 w max közé eső frakcióba az anyag mennyiségének kevesebb mint 20%-a kerül
| a wmax és a 0 ,8 w max közé eső frakcióba az anyag mennyiségének több mint 30%-a kerül
| a wmax és a 0 ,8 w max közé eső frakcióba az anyag mennyiségének kevesebb mint 10%-a kerül
| a wmax és a 0 ,8 w max közé eső frakcióba az anyag mennyiségének kevesebb mint 5%-a kerül
| 9. Válassza ki a helyes megoldást! A w m = w max⁡' mértékadó szemcsenagyságot meghatározó összefüggést, akkor alkalmazzuk, ha nem osztályozott ömlesztett anyagban:
| a 0 ,8 w max méretűnél nagyobb szemcsék frakciójának aránya nagyobb mint 10%
| a 0 ,8 w max méretűnél nagyobb szemcsék frakciójának aránya nagyobb mint 20%
| a 0 ,8 w max méretűnél nagyobb szemcsék frakciójának aránya kisebb mint 10%
| a 0 ,8 w max méretűnél nagyobb szemcsék frakciójának aránya nagyobb mint 5%
| 10. Válassza ki a helyes megoldást! Ha a w m = w max⁡' mértékadó szemcsenagyságot meghatározó összefüggést alkalmazzuk, akkor:
| az osztályozatlan anyagot a közepes méretű szemcse jellemzi
| az osztályozatlan anyagot az átlagos méretű szemcse jellemzi
| az osztályozatlan anyagot a legkisebb méretű szemcse jellemzi
| az osztályozatlan anyagot a legnagyobb méretű szemcse jellemzi
| 11. Válassza ki az ömlesztett anyag esetében a nedvességtartalom meghatározásának helyes eljárásait!
| vizsgálatot csak szárítás után végzünk
| a vizsgálatot a szárítás előtt és után egyaránt el kell végezni
| a szárítást 105°C-on végezzük
| a szárítást 60°C-on végezzük
| a szárítás időtartalma 1-2 óra
| a szárítás időtartalma 2-4 óra
| 12. Válassza ki a helyes megoldást! Az anyagmozgató gép működtetéséhez szükséges munkateljesítmény meghatározásánál a mozgatandó anyag:
| térfogattömegének felső határértékével célszerű számolni
| térfogattömegének alsó határértékével célszerű számolni
| térfogattömegének átlagos értékével célszerű számolni
| 13. Írja a Moos-féle összehasonlító skála megfelelő értékeit a következő anyagok elé:
| folypát, vas
| gyémánt
| talkum
| földpát, molibdén
| topáz
| gipsz, kősó
| mészpát, réz
| zafír, korund, timföld
| kvarc
| 14. Válassza ki a helyes megoldást! Az ömlesztett anyagok tapadási hajlama az anyagban létrejövő nyomás növekedésének hatására:
| növekszik
| csökken
| nem változik
| 15. Egészítse ki a következő mondatot a hiányzó két kifejezéssel! Ömlesztett anyagok esetében a súrlódás az egyes lép fel.
| 16. Válassza ki a helyes megoldást! A természetes rézsűszög:
| rázás és vibrálás esetében nem változik
| rázás és vibrálás esetében csökken
| rázás és vibrálás esetében növekszik