大直徑淺圓倉(cāng)縮尺模型試驗(yàn)研究

張思蒙，朱建平，孫巍巍

（1.中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司（南京），江蘇 南京211100；2南京理工大學(xué),江蘇 南京210094）

0 引言

由于生產(chǎn)工藝方面的實(shí)際需要，筒倉(cāng)常常會(huì)出現(xiàn)偏心卸料的情況。筒倉(cāng)的偏心卸料和中心卸料相比，倉(cāng)壁上將出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)超壓現(xiàn)象，這對(duì)筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)受力更為不利[1-2]。本文采用縮尺模型試驗(yàn)，研究不同高徑比淺圓倉(cāng)偏心卸料的特點(diǎn)，試驗(yàn)過(guò)程直觀(guān)可見(jiàn)。針對(duì)不同高徑比的淺圓倉(cāng)，在各模型的不同位置布置壓力測(cè)試點(diǎn)，讓物料在模型中流動(dòng)，同時(shí)測(cè)出這些位置的壓力值，得出的數(shù)據(jù)結(jié)果便于分析，再與規(guī)范靜載狀態(tài)的理論值計(jì)算進(jìn)行比較[3]。

1 淺圓倉(cāng)縮尺模型試驗(yàn)研究

為了更好地觀(guān)察卸料時(shí)筒倉(cāng)內(nèi)貯料的流動(dòng)模式，特別采用透明的有機(jī)玻璃制作倉(cāng)壁模型，統(tǒng)一訂做三個(gè)內(nèi)徑為1m，壁厚為10mm的有機(jī)玻璃筒倉(cāng)縮尺模型，如圖1所示。圖1中從右到左高徑比hn/dn分別為 0.5，0.75，1.0（倉(cāng)壁高度分別為 392，642，892 mm）。廊道的制作采用了與筒倉(cāng)倉(cāng)壁同縮尺比例，用強(qiáng)度高、易成型的鋼板制作，統(tǒng)一訂做7根不同長(zhǎng)度的廊道模型，見(jiàn)圖2。

為了方便準(zhǔn)確測(cè)出倉(cāng)壁上的貯料壓力，本試驗(yàn)采用了量程為20kPa的微型電阻應(yīng)變式土壓力計(jì)，配合DH3816N動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀，可以測(cè)取倉(cāng)壁上的貯料側(cè)壓力值。傳感器直徑45mm，厚8mm，如圖3所示。測(cè)試時(shí)直接將傳感器貼與倉(cāng)壁之上，經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)與應(yīng)變測(cè)試儀相連，再用網(wǎng)線(xiàn)連接電腦與應(yīng)變測(cè)試儀。當(dāng)筒倉(cāng)內(nèi)貯料擠壓傳感器產(chǎn)生壓力時(shí)，可以直接在電腦中讀取每一個(gè)傳感器的壓力值，如圖4所示。

圖1 筒倉(cāng)縮尺模型示意圖

圖2 廊道縮尺模型示意圖

對(duì)倉(cāng)壁及廊道上的傳感器進(jìn)行編號(hào)，以筒倉(cāng)中心為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，其中L代表廊道左側(cè)，R代表廊道右側(cè)，T代表廊道頂部，主廊道用M表示，側(cè)廊道用S表示。倉(cāng)壁傳感器分為0°，45°，90°，135°和180°五個(gè)方向，每個(gè)方向自底部向上每隔120mm布置一個(gè)傳感器。

圖3 電阻應(yīng)變式傳感器

圖4 應(yīng)變測(cè)試儀

如圖5所示，在卸料開(kāi)始的瞬間，在卸料孔的正上方，貯料開(kāi)始形成一個(gè)卸料面，隨著卸料的進(jìn)行，此卸料面的的直徑不斷擴(kuò)大形成一個(gè)倒錐面，卸料面的倒錐頂點(diǎn)始終處于卸料孔的正上方，并且不斷地向下移動(dòng)，至卸料結(jié)束時(shí)。

圖5 單孔偏心率0.3卸料過(guò)程示意圖

由圖6可以看出，試驗(yàn)的倉(cāng)壁側(cè)壓力值均勻的分布在公式值的左右，由數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，位于倉(cāng)壁上部的傳感器值略小于理論值，而位于倉(cāng)壁下部的傳感器值略大于理論值，這主要是由于貯料下部比上部壓實(shí)度大，同時(shí)測(cè)試設(shè)備本身也會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，不過(guò)這些誤差都在合理范圍內(nèi)，由此可見(jiàn)試驗(yàn)的測(cè)試方法以及設(shè)備是滿(mǎn)足試驗(yàn)要求的[4]。圖7展示了試驗(yàn)中廊道表面的壓力值與理論值的對(duì)比，試驗(yàn)中廊道頂部的試驗(yàn)值稍小于理論值，試驗(yàn)值大致為理論值的0.96倍。

圖6 倉(cāng)壁側(cè)壓力試驗(yàn)結(jié)果

圖7 廊道側(cè)壓力試驗(yàn)結(jié)果

2 倉(cāng)壁側(cè)壓力動(dòng)態(tài)變化

由圖8～12可以看出，越靠近卸料口的方向，側(cè)壓力值在卸料的瞬間，下降段越明顯，而越遠(yuǎn)離卸料口的方向，曲線(xiàn)越平緩，隨著卸料的進(jìn)行階梯式的下降。各個(gè)方向整個(gè)過(guò)程基本沒(méi)有超壓現(xiàn)象。0°位置（近端）側(cè)壓力急劇下降，隨后在一定水平下抖動(dòng)，直至全部變成0；90°和180°位置（遠(yuǎn)端）卸料過(guò)程中超壓系數(shù)最大分別能達(dá)到1.021和1.032。

圖8 0°倉(cāng)壁側(cè)壓力卸料變化曲線(xiàn)

圖9 45°倉(cāng)壁側(cè)壓力卸料變化曲線(xiàn)

圖11 135°倉(cāng)壁側(cè)壓力卸料變化曲線(xiàn)

圖12 180°倉(cāng)壁側(cè)壓力卸料變化曲線(xiàn)

3 廊道側(cè)壓力動(dòng)態(tài)變化

如圖13～16所示，主廊道頂部離卸料口最近的兩個(gè)傳感器MT250、MT450,在卸料開(kāi)始時(shí)，出現(xiàn)了明顯的下降段，而離卸料口稍遠(yuǎn)的MT50、MT-50，出現(xiàn)了小幅度的超壓現(xiàn)象，超壓系數(shù)分別達(dá)到了1.07和1.09。次廊道頂部整體較為平穩(wěn)，只有在卸料開(kāi)始時(shí)，測(cè)點(diǎn)ST50出現(xiàn)短暫的小幅超壓，超壓系數(shù)為1.037。

圖13 主廊道頂部壓力卸料變化曲線(xiàn)

圖14 主廊道側(cè)壁壓力卸料變化曲線(xiàn)

圖15 次廊道頂部壓力卸料變化曲線(xiàn)

圖16 次廊道左側(cè)壁壓力卸料變化曲線(xiàn)

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)縮尺筒倉(cāng)模型的靜載試驗(yàn)及卸料測(cè)試，確定了倉(cāng)壁及廊道上側(cè)壓力等受力形式、超壓系數(shù)的分布和變化規(guī)律。縮尺筒倉(cāng)模型頂部壓力試驗(yàn)值與理論值比較接近[5]，試驗(yàn)值與理論值的比值約為0.96，而廊道側(cè)壁的試驗(yàn)值明顯小于理論值，試驗(yàn)值與理論值比值約為0.8。主廊道的頂部超壓比側(cè)邊明顯且超壓系數(shù)大，主廊道最大超壓系數(shù)可達(dá)1.09；次廊道側(cè)壁的最大超壓系數(shù)都比主廊道側(cè)壁大。