Прибор для определения коэффициента силы трения покоя
Владельцы патента RU 2247360:
Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ГНУ ВИИТиН) (RU)
Изобретение относится к измерительным приборам. Сущность: прибор содержит платформу, шарнирно закрепленную на станине, со шкалой, коробку без днища, заполненную вязкопластичным материалом, тяговое устройство, опорный контур с возможностью его регулирования по высоте посредством прокладок и направляющих, размещенных на плите. В слое материала размещены частицы, коробка без днища связана с платформой амортизирующим звеном с ограничительным поводком. Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения и воспроизводимости опытов. 2 ил.
Изобретение относится к измерительным приборам.
Известен прибор для определения коэффициента силы трения покоя, включающий платформу с шарнирно закрепленной на ней наклонной плоскостью и измерительную шкалу (Стрелков Л.П. Механика. - М.: Наука, 1975, с.144).
Предложенное устройство не может быть использовано для определения коэффициента силы трения покоя сыпучих материалов, частицы которых перекатываются на наклонных плоскостях до момента времени их скольжения. Область применения предложенного устройства ограничивается определением коэффициента силы трения покоя (или медленного движения) между гладкими плоскими телами.
Известен прибор (выбран в качестве прототипа) для определения сопротивления сдвигу и коэффициента трения, включающий платформу, перемещаемую коробку без днища и тяговое устройство (Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов. - М.: Машиностроение, 1964, с.39...47).
Предложенное устройство “дает значительный разброс результатов измерений вследствие влияния случайных сопротивлений перемещению коробки” - частицы исследуемого материала, находящиеся в нижнем слое, скользят по поверхности, перекатываются или поворачиваются вокруг вертикальной оси в начальный момент движения. Причем при повторном измерении размещение частиц в нижнем слое относительно направления движения воспроизводиться не может.
Цель изобретения - повышение точности измерения и воспроизводимости опытов.
Сущность изобретения сводится к тому, что прибор для определения коэффициента силы трения покоя, включающий платформу с размещенной на ней коробкой без днища и тяговое устройство, отличающийся тем, что платформа шарнирно закреплена на станине с возможностью перемещения посредством тягового устройства и контролем по шкале момента начала скольжения коробки без днища по поверхности платформы, коробка без днища заполнена вязкопластичным материалом с возможностью погружения в него исследуемых частиц сыпучего материала и снабжена амортизирующим звеном с ограничительным поводком, а регламентация погружения частиц в вязкопластичный материал осуществляется регулируемым по высоте опорным контуром и направляющими, причем опорный контур геометрически подобен коробке без днища, а его внутренняя часть для размещения частиц сыпучего материала имеет меньшие линейные размеры относительно коробки без днища.
На фиг.1 и 2 показана схема прибора.
Прибор для определения коэффициента силы трения покоя содержит платформу 1, шарнирно закрепленную на станине 2, со шкалой 3, коробку без днища 4, заполненную вязкопластичным материалом 5, тяговое устройство 6, опорный контур 7, с возможностью его регулирования по высоте посредством прокладок 8 и направляющих 9, размещенных на плите 10. В периферийном слое вязкопластичного материала 5 размещены частицы 11 сыпучего материала, коробка без днища 4 связана с платформой 1 амортизирующим звеном 12, например, выполненным в виде пружины с ограничительным поводком 13.
Прибор для определения коэффициента силы трения покоя работает следующим образом. Предварительно открытую поверхность вязкопластичного материала 5, размещенного внутри коробки без днища 4, подогревают, а опорный контур 7 заполняют в один слой частицами 11 сыпучего материала. После подогрева вязкопластичного материала 5 коробку без днища 4 накладывают с усилием на опорный контур 7 по направляющим 9. Затем разогретой поверхности вязкопластичного материала 5 дают остыть с целью полной релаксации структурных связей, что обеспечивает надежность фиксации частиц 11. Далее коробку без днища 4 с частицами 11 кладут на поверхность платформы 1, шарнирно закрепленной на станине 2 со шкалой 3. Затем платформу 1 посредством тягового устройства 6 начинают медленно поднимать. В момент начала скольжения коробки без днища 4 по платформе 1 фиксируют величину угла трения по шкале 3. Амортизирующее звено 12 не препятствует началу скольжения коробки без днища 4 за счет выбора люфта, создаваемого ослабленным (ненатянутым) ограничительным поводком. В конце скольжения коробки без днища 4 амортизирующее звено 12 гасит энергию движения последней. Величину коэффициента силы трения покоя (fтр) определяют по известной его взаимосвязи с углом трения (ϕтр)
fтр=tgϕтр.
После регистрации угла трения частицы 11 удаляют с поверхности вязкопластичного материала 5 и опыт повторяют в той же последовательности. Подогрев вязкопластичного материала 5 обеспечивает снижение его вязкости (ослабление структурных связей) и облегчает погружение в него частиц 11 сыпучих материалов. Величину погружения частиц 11 определяют из условия их надежной фиксации в вязкопластичном материале 5, когда исключается их отрыв или смещение в момент начала движения перемещаемой коробки 4 по платформе 1. В качестве вязкопластичного материала могут быть использованы воск, битум и др. Направляющие 9 позволяют ускорить совмещение рабочих поверхностей коробки без днища 4 и опорного контура 7, когда вязкопластичный материал 5 сохраняет размягченное состояние. Опорный контур 7 выполнен геометрически подобным коробке без днища 4. Линейные размеры геометрически подобного опорного контура 7 (его внутренней части, где размещается исследуемый сыпучий материал) должны быть меньше сечением относительно коробки без днища 4 для того, чтобы все частицы 11 гарантированно перекрывались рабочей поверхностью вязкопластичного материала 5.
Прибор для определения коэффициента силы трения покоя позволяет производить измерение при произвольной ориентации частиц сыпучих материалов в пограничном слое вязкопластичного материала и определенно заданной ориентации. Это расширяет его разрешающие возможности. В частности, при поиске оптимальных параметров разделительных поверхностей, используемых при сепарировании зерна и примесей по величине коэффициентов трения. Эффективность сепарации по величине коэффициента трения существенно зависит от расположения (ориентации) асимметричных зерновок относительно направления их скольжения по разделительной поверхности. Фиксация зерновок в вязкопластичном материале обеспечивает определенность условий экспериментов по изучению трибометрических свойств сыпучих материалов, что способствует повышению точности измерений.
Прибор для определения коэффициента силы трения покоя, включающий платформу с размещенной на ней коробкой без днища и тяговое устройство, отличающийся тем, что платформа шарнирно закреплена на станине с возможностью перемещения посредством тягового устройства и контролем по шкале момента начала скольжения коробки без днища по поверхности платформы, коробка без днища заполнена вязкопластичным материалом с возможностью погружения в него исследуемых частиц сыпучего материала и снабжена амортизирующим звеном с ограничительным поводком, а регламентация погружения частиц в вязкопластичный материал осуществляется регулируемым по высоте опорным контуром и направляющими, причем опорный контур геометрически подобен коробке без днища, а его внутренняя часть для размещения частиц сыпучего материала имеет меньшие линейные размеры относительно коробки без днища.
