RESEARCH PAPER
Friction of wheat grain
 
More details
Hide details
1
Instytut Agrofizyki PAN, ul. Doświadczalna 4, 20-290 Lublin 27
Publish date: 1995-10-01
 
Acta Agroph. 1995, (4), 3–89
KEYWORDS
ABSTRACT
All phases of particulate material industry, namely, storage, handling and processing are operations that require precise knowledge of the behaviour of the material to achieve the desired control. External and internal friction of particulate material greatly influence its mechanical behaviour. A lot of work was done on agricultural grain since 1960's. This work summarizes the methods and results of these studies and presents the results of the author's own experiments. It was divided into two parts: 1. Internal friction and 2. External friction. Own studies for the first section were performed using direct shearing box and triaxial compression chamber which dimensions were enlarged to regard the size of cereal grain. Density, moisture content of grain and its spatial orientation were taken into account as the most important factors for internal friction. All of them were found to influence significantly the angle of internal friction of grain. For the external friction section own method of measurements was applied. Friction coefficient was measured for a pair of wheat grains sliding against a steel or glass plate sandwiched between them. The true contact area of grain with a flat glass surface was measured with microscope photography in reflected light. The relations between tangential force and normal force on the one hand and the true contact area versus normal force on the other were obtained and examined. Parameters taken into account were: grain moisture content, type of endosperm, cutin cover, variety, location of cultivation, and roughness of sliding surface and that of grain itself. All these factors were found to influence significantly obtained frictional char¬acteristics. The obtained results pointed out to the fact that both internal and external friction of cereal grain depend on a number of factors which caused unexplained scatter of experimental results, and in a greater part of theoretical works were left out of account.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Tarcie ziarna pszenicy
agrofizyka, materiały sypkie, zboża, pszenica, ziarno, wilgotność ziarna, gęstość ziarna, tarcie zewnętrzne, tarcie wewnętrzne, współczynnik tarcia, metody pomiarów, przyrządy pomiarowe, właściwości mechaniczne, procesy technologiczne
Przebieg procesów technologicznych z udziałem materiałów sypkich (np. rolniczych, farmaceutycznych, mineralnych) jest ważnym elementem związanym z wieloma operacjami przemysłowymi, dotyczącymi zarówno obróbki surowca, jak też jakości produktów końcowych. Optymalizacja każdej fazy tych procesów (zbiór, przechowywanie, transport, przetwarzanie) wymaga szczegółowej wiedzy o reakcji materiału na obciążenie mechaniczne. Technologie wytwarzania (np. piekarnicze) wymagają niekiedy bardzo precyzyjnego dozowania materiałów sypkich, a zmiany np. w procesie wypływu surowca mogą powodować odchylenia udziału procentowego składników, pogorszenie jakości produktu i w efekcie znaczne straty ekonomiczne. Istnieje zatem potrzeba projektowania urządzeń przetwarzających w sposób z góry założony, przewidywalny i powtarzalny. Aby osiągnąć te możliwości pracy urządzeń niezbędna jest szczegółowa wiedza o właściwościach mechanicznych materiałów sypkich (zwanych też granularnymi lub ziarnistymi). Mechanika tych materiałów wywodzi się z mechaniki gruntów. W miarę gromadzenia wiedzy o gruncie, który od tysiącleci wykorzystywany jest jako materiał budowlany i podłoże obiektów, formułowano prawa o ogólniejszym znaczeniu. Do dzisiaj użyteczne są opracowania Ch. Coulomba i K. Terzaghiego. Podstawy teoretyczne i metody doświadczalne wypracowane w badaniach gruntu zostały w ostatnich dziesięcioleciach, po niezbędnych modyfikacjach, przeniesione na inne grupy materiałów i dziedziny zastosowań. Wśród badanych ośrodków można wyróżnić materiały pyliste (np. cement), materiały gruboziarniste (np. brykiety paszowe, śruta), materiały o znacznej kohezji (np. drobnoziarniste produkty spożywcze, glina) i materiały sypkie (np. ziarno zbóż, piasek). Mechanika ośrodków sypkich formułuje prawa materiałowe tych ośrodków i opisuje ich właściwości mechaniczne. W zagadnieniach związanych z rolnictwem mechanika ośrodków sypkich znajduje zastosowanie m.in. w technologii procesów przetwórczych, technikach transportu, uprawie gleby, ocenie zagęszczania gleby przez maszyny czy projektowaniu technik magazynowania i przepływu ziarna w silosach. Przegląd popularnych norm projektowania silosów przeprowadzony przez Wilmsa wykazał, że większość z nich opiera się na równaniu Janssena. Zasadniczym parametrem materiałowym tego równania jest współczynnik tarcia o ścianę, którego wartość zależy głównie od szorstkości ściany, ale także od współczynnika tarcia wewnętrznego materiału. Wartości współczynnika tarcia zewnętrznego i współczynnika tarcia wewnętrznego są podstawowymi parametrami opisu rozkładu naprężeń w warstwie materiału i związanych z nim obciążeń konstrukcji. Projektant zbiorników magazynowych musi znać zależności pomiędzy właściwościami mechanicznymi przechowywanego materiału, rodzajem przepływu i wynikającym stąd rozkładem naporu ośrodka na konstrukcję zbiornika. Brak wystarczającej wiedzy o zachowaniu się ośrodka sypkiego jest uznawany za jedną z zasadniczych przyczyn nieprawidłowego funkcjonowania lub nawet awarii silosów. Uzasadnione jest więc przekonanie, że dokładniejsze zrozumienie właściwości mechanicznych materiałów granularnych oraz mechanizmów prze-noszenia naprężeń w ośrodku, powinno stanowić podstawę opracowywania efektywnych metod wyliczania rozkładu obciążenia w silosie. Problemy mechaniki ośrodków granularnych pochodzenia biologicznego są bardzo podobne do problemów napotykanych w mechanice bezkohezyjnych ośrodków sypkich (np. piasek). Zasadnicza różnica między tymi ośrodkami leży w wymiarze i kształcie ziaren oraz ich odkształcalności. W niniejszej pracy szczególną uwagę zwrócono na te właściwości mechaniczne ziarna zbóż, które wyróżniają je spośród ośrodków granularnych i są przyczyną specyficznego zachowania się ośrodka.
eISSN:2300-6730
ISSN:1234-4125