ĆWICZENIE BADANIE BEZPIECZEŃSTWA UŻYTKOWEGO SILOSÓW WIEŻOWYCH 1. Cel ćwiczenia Celem bezośrednim ćwiczenia jest omiar narężeń ionowych i oziomych w ścianie zbiornika - silosu wieżowego, który jest wyełniony ziarnem zbóż.. Podstawy teoretyczne W technice rolniczej sotykamy się często z zagadnieniem rzechowywania asz i ziarna zbóż w zbiornikach. Mogą one stanowić bądź integralną część maszyny lub urządzenia, jak zasobniki mieszarek i innych maszyn do rzygotowywania asz, bądź samodzielne zbiorniki do składowania ziarna zbóż, asz treściwych i inne. Wielkością wyjściową do obliczenia głównych elementów zbiornika jest ciśnienie wywierane rzez znajdujący się w nim materiał syki. Prowadzone liczne doświadczenia wykazały, że arcie na dno silosu jest znacznie mniejsze od ciężaru materiału wyełniającego silos, a o rzekroczeniu ewnej wysokości warstwy nasyanego materiału ciśnienie wywierane na dno rzestaje wzrastać i ozostaje w rzybliżeniu stałe. Zjawisko to można wytłumaczyć faktem, że oór tarcia materiału o ścianki zmniejsza nacisk materiału na dno zbiornika. Stąd też rozkład ciśnienia na dno silosu nie jest równomierny; największe ciśnienia wystęują w środkowej części dna zmniejszając się stoniowo ku jego obwodowi. Na wartość ciśnienia wływ mają właściwości fizykomechaniczne materiału składowanego, a w szczególności jego masa usyowa, wilgotność, wsółczynnik tarcia materiału o ścianki zbiornika, wsółczynnik tarcia wewnętrznego. Najstarszą, a zarazem najczęściej dotychczas stosowaną metodą obliczania ciśnienia na ścianki silosów jest metoda Janssena. Podstawowym założeniem tej metody jest rzyjęcie stałego stosunku między ciśnieniem oziomym v i ionowym h : v = k const (1) h = 1
Rys. 1. Schemat rozkładu ciśnień wywołanych obciążeniami statycznymi na dno i ścianki wąskiego zbiornika. Pomiar narężeń jest najczęściej wykonywany rzez omiar wydłużenia jednostkowego: Δl ε = () l gdzie: l względna zmiana długości l, sowodowana działaniem siły Zakres omiarowy najczęściej ogranicza się do zakresu odkształceń srężystych, w którym jest ważne rawo Hooke`a: gdzie: E moduł srężystości wzdłużnej, σ - narężenia. σ = E (3) ε W urządzeniach do omiaru wydłużeń najczęściej są stosowane tensometry indukcyjnościowe, ojemnościowe i najbardziej rozowszechnione tensometry oorowe. Urządzenia te, zwane mostkami tensometrycznymi, są wykonywane w dwóch odmianach: do omiarów wyłącznie statycznych oraz do omiarów statycznych i dynamicznych. Tensometry oorowe (rzetworniki narężno-oorowe) stosuje się do omiaru odkształceń i narężeń w elementach maszyn i mechanizmów. Tensometr zbudowany jest najczęściej z bardzo cienkiego rzewodu - A (manganian, konstantan) o średnicy 0.00 0.04
mm, ułożony w zygzak i rzyleiony do cienkiego aieru B (rys. ). Tensometr rzyklej się secjalnym klejem do owierzchni badanego elementu wzdłuż kierunku badanego odkształcenia, które owoduje zmianę rezystancji rzewodnika. Doświadczalnie stwierdzono, że względna zmiana rezystancji jest roorcjonalna do wydłużenia względnego, czyli do odkształcenia. Można to wyrazić nastęującym wzorem: ΔR R Δl = k = k ε (4) l gdzie: k wielkość stała dla danego tensometru, zwana jego czułością. W zależności od materiału jej wartość waha się w rzedziale: -1.1 +3.6, R - względna zmiana rezystancji A B Rys.. Schemat ideowy tensometru oorowego W aaraturze tensometrycznej można wyróżnić nastęujące zesoły: - czujnik, stanowiący część ozostającą w bezośrednim kontakcie z owierzchnia rzedmiotu i rzetwarzający mierzone odkształcenia na zmianę rezystancji rzewodu, - zesół omiarowy, służący do wzmacniania wywoła nych rzez czujnik zmian rezystancji, - zesół wskaźnikowy. 3. Schemat i ois stanowiska laboratoryjnego Do wyznaczenia narężeń ionowych i oziomych wystęujących w oszczególnych unktach ściany zbiornika - silosu wieżowego, zarojektowano i wykonano w Katedrze Maszyn Sożywczych i Ochrony Środowiska stanowisko badawcze (rys. 3). Do model silosu rzyleiono 1 tensometrów w trzech ionach (o cztery w każdym ionie). W każdym unkcie omiarowym możliwe jest mierzenie narężeń wzdłużnych i orzecznych. 3
Rys. 3. Schemat blokowy stanowiska do omiaru narężeń: 1 - tłok, - ziarno zbóż, 3 - ściana zbiornika, 4 - skrzynia rzyłączająca PS, 5 - mostek tensometryczny TSA- 63, 6 - tłoczysko, 7 - siłomierz, 8 - wskaźnik siły, 9,10 - naklejone tensometry, 11 - konstrukcja nośna zbiornika 4. Przebieg ćwiczenia Dla fizycznego modelu silosu wieżowego, wyełnionego ziarnem zbóż wyznaczyć narężenia ionowe i oziome w 1 unktach omiarowych ściany zbiornika, rzeliczając wskazania mostka tensometrycznego (statycznego), wg zależności: i = ε i - ε 0 E [ N/m ], (5) k gdzie: ε i - wydłużenie względne mierzone rzy wystęowaniu obciążenia zewnętrznego, ε 0 - wydłużenie względne mierzone rzy braku obciążenia zewnętrznego, k - stała tensometru (k =,15), E - wskaźnik srężystości odłużnej (dla stali,1 10 5 MN/m ). W trakcie omiarów stosować obciążenia zewnętrzne na tłoczysku: F = 1,0 kn; 1, kn; 1,4 kn. 4
5. Analiza wyników omiarów i wnioski Na odstawie uzyskanych wyników: h - obliczyć wartości stałej Janssena k = dla wybranych unktów (określić, czy w v rzyadku badanego modelu silosu rawidłowość ta ma miejsce), - wyniki obliczonych narężeń wg wzoru 5 zestawić w tabeli wg własnej koncecji, - wykonać wykresy zmienności: h = f(h) i v = f(h) dla ionu A, B, C, gdzie h jest wysokością dla danego oziomu rzetworników tensometrycznych. Tabela 1. Wartości wydłużenia względnego e o mierzone rzy ustym silosie oraz wartości e i zmierzone rzy określonym obciążeniu zewnętrznym - F Pomiar dla L. Czujnik ustego silosu 1 1 A 187 1 A 189 3 1 B 137 4 1 B 166 5 1 C 1333 6 1 C 167 7 A 153 8 A 119 9 B 179 10 B 158 11 C 1196 1 C 163 13 3 A 177 14 3 A 153 15 3 B 1396 16 3 B 1338 17 3 C 1138 18 3 C 1166 19 4 A 1087 0 4 A 113 1 4 B 1038 4 B 1093 3 4 C 117 4 4 C 1078 : odczyt narężenia oziomego : odczyt narężenia ionowego Literatura e o Wartość e i dla zew. Obciążenia F 1 =... kn Wartość e i dla zew. Obciążenia F =... kn [1] Dmitrewski J.: Teoria i konstrukcja maszyn rolniczych. Tom 3. PWRiL. Warszawa 1978 5