Устройство для определения сдвиговой прочности растительных материалов

Авторы патента:

G01N3/24 - путем приложения постоянных сдвигающих усилий (G01N 3/26,G01N 3/28 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2534727:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения прочности растительных материалов (соломы, зерен злаков, отходов древесины и др.) в условиях сдвига с целью обоснованного расчета и конструирования измельчающего оборудования. Устройство содержит рабочие органы, нагружающее устройство с измерителем усилия сдвига. Рабочие органы выполнены в виде внешнего неподвижного и внутреннего подвижного цилиндров, сопряженных между собой по посадке с зазором и имеющих соосные радиальные отверстия одного диаметра для размещения испытуемых образцов. Диаметр сечений испытуемых образцов соответствует диаметру соосных радиальных отверстий, а их длина - суммарной толщине стенок внешнего неподвижного и внутреннего подвижного цилиндров, которые в свою очередь снабжены соответственно охватывающим и охватываемым вкладышами для фиксации испытуемых образцов. Технический результат: повышение достоверности результатов определения сдвиговой прочности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является прибор для испытания зерна на сдвиг, содержащий подвижный и неподвижный рабочие органы, взаимодействующие с зерном, нагружающее устройство в виде подвижной рифли и неподвижной площадки и измеритель усилия сдвига в виде электронно-индукционного прибора. В этом устройстве зерно устанавливается между клиновидными выступами подвижного и неподвижного рабочих органов. Приложение усилия сдвига к зерну осуществляется нагружением подвижного рабочего органа. Поскольку растительное сырье характеризуется существенным различием сдвиговой прочности в продольном и поперечном направлениях, то одной из главных проблем при испытании является обеспечение точной ориентации образца относительно плоскости приложения поперечной распределенной нагрузки (Совершенствование кондиционирования и измельчения пшеницы и ржи. И.А. Наумов. - М.: Колос, с.14-15).

Недостатками известного устройства являются невозможность точной ориентации образца относительно острия клиновидных выступов и одновременного испытания нескольких образцов. В совокупности указанные недостатки обуславливают низкую достоверность получаемых характеристик сдвиговой прочности растительных материалов.

Технический результат заключается в повышении достоверности результатов определения сдвиговой прочности.

Технический результат достигается чем, что устройство содержит рабочие органы, нагружающее устройство с измерителем усилия сдвига. Рабочие органы выполнены в виде внешнего неподвижного и внутреннего подвижного цилиндров, сопряженных между собой по посадке с зазором и имеющих соосные радиальные отверстия одного диаметра для размещения испытуемых образцов. При этом диаметр сечений испытуемых образцов соответствует диаметру соосных радиальных отверстий, а их длина - суммарной толщине стенок внешнего неподвижного и внутреннего подвижного цилиндров, которые в свою очередь снабжены соответственно охватывающим и охватываемым вкладышами для фиксации испытуемых образцов. Соосные радиальные отверстия разных диаметров выполнены по всей окружности обоих цилиндров в нескольких сечениях с различными диаметрами по ним.

Сущность устройства поясняется чертежом. На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для определения сдвиговой прочности растительных материалов.

Устройство (фиг.1) содержит рабочие органы, выполненные в виде сопряженных между собой по посадке с зазором внешний неподвижный 1 и внутренний подвижный 2 цилиндры с выполненными в них соосными радиальными отверстиями 3 одного диаметра для размещения испытуемых образцов 4. Для одновременного использования нескольких испытуемых образцов 4 соосные радиальные отверстия 3 разного диаметра выполнены по всей окружности внешнего неподвижною 1 и внутреннего подвижного 2 цилиндров в нескольких сечениях с различными диаметрами по ним относительно цилиндрической поверхности сдвига 5. При этом диаметр сечений испытуемых образцов 4 соответствует диаметру соосных радиальных отверстий 3, а их длина суммарной толщине стенок внешнего неподвижного 1 и внутреннего подвижного 2 цилиндров. Для обеспечения точной фиксации испытуемых образцов 4 внешний неподвижный 1 и внутренний подвижный 2 цилиндры снабжены охватывающим 6 и охватываемым 7 вкладышами соответственно, закрепленными с возможностью аксиального перемещения относительно обоих цилиндров, при этом внутренний подвижный цилиндр 2 также имеет возможность аксиального перемещения относительно внешнего неподвижного цилиндра 1. Нагружение испытуемых образцов 4 осуществляется через неподвижную 8 и подвижную 9 плиты нагружающего устройства, снабженного измерителем усилия сдвига 10. В качестве нагружающего устройства при испытании может быть использована разрывная машина с реверсором, соединенная с персональным компьютером.

Устройство работает следующим образом. Из растительного материала одного вида нарезаются испытуемые образцы 4, у которых измеряется диаметр, толщина стенки (в случае полых образцов) и длина. Диаметр сечений испытуемых образцов 4 должен соответствовать диаметру соосных радиальных отверстий 3, а длина суммарной толщине стенок внешнего неподвижного 1 и внутреннего подвижного 2 цилиндров (фиг.1). Охватывающий вкладыш 6 вручную сдвигается вверх, в соответствующие соосные радиальные отверстия 3 закладываются подготовленные испытуемые образцы 4, и охватывающий вкладыш 6 возвращается в исходную позицию. Далее внешний неподвижный 1 и внутренний подвижный 2 цилиндры с охватывающим 6 и охватываемым 7 вкладышами и размещенными в соосных радиальных отверстиях 3 испытуемыми образцами 4 устанавливаются между неподвижной 8 и подвижной 9 плитами нагружающего устройства. В результате приложения усилия к подвижной плите 9 внутренний подвижный цилиндр 2 аксиально перемещается относительно внешнего неподвижного цилиндра 1 и происходит срез испытуемых образцов 4 по цилиндрической поверхности сдвига 5. Максимальное усилие сдвига F (Н) фиксируется измерителем усилия сдвига 10. Далее внешний неподвижный 1 и внутренний подвижный 2 цилиндры с вкладышами 6 и 7 и разрушенными испытуемыми образцами 4 извлекаются из-под плит 8, 9 нагружающего устройства. Охватывающий 6 и охватываемый 7 вкладыши вручную сдвигаются вверх, из соосных радиальных отверстий 3 извлекаются разрушенные испытуемые образцы 4, и цикл измерений повторяется.

Сдвиговую прочность растительных материалов с внутренней полостью (например, соломы) определяют по формуле:

$τ = \frac{4 F}{π \sum_{i = 1}^{n} [D_{i}^{2} - {(D_{i} - 2 δ_{i})}^{2}]}, [М П а] (1)$

где D_i, δ_i - соответственно внешний диаметр и толщина стенки i-го образца, мм; n - количество одновременно испытанных образцов, равное количеству соосных радиальных отверстий 3 разного диаметра в данном сечении внешнего 1 и внутреннего 2 цилиндров.

Сдвиговую прочность растительных материалов без внутренней полости (например, злаков или отходов древесины) определяют по формуле:

$τ = \frac{4 F}{π \sum_{i = 1}^{n} a_{i} b_{i}}, [М П а] (2)$

где a_i, b_i - соответственно наибольший и наименьший размеры поперечного сечения i-го образца, мм.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить достоверность результатов определения сдвиговой прочности растительных материалов, характеризующихся ее существенным различием в продольном и поперечном направлениях, за счет более точной ориентации образца относительно поверхности приложения поперечной распределенной нагрузки сдвига и одновременного испытания нескольких образцов.

1. Устройство для определения сдвиговой прочности растительных материалов, содержащее рабочие органы, нагружающее устройство с измерителем усилия сдвига, отличающееся тем, что рабочие органы выполнены в виде внешнего неподвижного и внутреннего подвижного цилиндров, сопряженных между собой по посадке с зазором и имеющих соосные радиальные отверстия одного диаметра для размещения испытуемых образцов, при этом диаметр сечений испытуемых образцов соответствует диаметру соосных радиальных отверстий, а их длина - суммарной толщине стенок внешнего неподвижного и внутреннего подвижного цилиндров, которые в свою очередь снабжены соответственно охватывающим и охватываемым вкладышами для фиксации испытуемых образцов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит соосные радиальные отверстия разных диаметров, выполненные по всей окружности обоих цилиндров в нескольких сечениях с различными диаметрами по ним.

Изобретение относится к дендрометрии при изучении роста и развития комля деревьев, преимущественно берез, и может быть использовано при фитоиндикации территорий и разработке мероприятий по защите земельных участков от водной эрозии, экологических и климатических технологий, а также в дендроэкологическом мониторинге за развитием овражной сети и рационализации землепользования с учетом изменений формы комля растущих, в частности, березовых деревьев.

Способ анализа относительного сбега комбля березы на склоне оврага // 2529058

Изобретение относится к дендрометрии при изучении относительного сбега комля в ходе роста и развития деревьев, преимущественно берез, и может быть использовано при фитоиндикации качества территорий и разработке мероприятий по защите земельных участков от водной эрозии, а также в дендроэкологическом мониторинге за развитием овражной сети с учетом изменений относительной формы комля растущих березовых деревьев.

Способ ультразвукового испытания технической древесины // 2526648

Изобретение относится к способу ультразвукового испытания технической древесины в виде чураков, например специальных сортиментов в виде резонансных чураков, и может быть использовано при сертификации древесины в условиях лесозаготовок, лесного хозяйства и деревообработки при контроле качества чураков при различных условиях их хранения, а также в инженерной экологии при оценке экологического качества территории по значениям скорости ультразвука древесины чураков, заготовленных на данной территории.

Устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню // 2523033

(57) Изобретение относится к области лесной промышленности и предназначено для раннего выявления резонансных свойств древесины на корню. Образец зафиксирован с усилием затяжки 1,0 Нм через ленту из резины общего назначения твердостью в пределах 50-60 условных единиц, проложенную в зоне контактов кулачков зажима, с техническим зазором 1,0 между концами ленты 1,0-2,0 мм.

Способ сравнительного испытания древесины // 2522862

Изобретение относится к лесной, деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано при сертификации древесины на корню в условиях лесного хозяйства и лесозаготовок, а также при сертификации древесины круглых и пиленых древесных материалов в условиях переработки древесного сырья и механической обработки древесины.

Способ и устройство для измерения содержания влаги в биологическом материале // 2519066

Группа изобретений касается способа измерения содержания влаги в биологическом материале. Для этого предоставляют справочную базу данных для множества различных типов материалов с известным содержанием влаги.

Способ измерения комля древесного растения // 2495418

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для измерения комля древесного растения. Для этого проводят выбор пробной площади, отбор дерева на пробной площади, описание свойств выбранного дерева и места его произрастания.

Способ анализа ветвей кроны дерева ели // 2495417

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для измерения ветвей кроны дерева ели. Для этого проводят описание свойств выбранного учетного дерева и места его произрастания.

Способ и устройство определения объема штабеля круглых лесоматериалов, расположенных на автомобиле // 2492477

Способ определения химической безопасности древесного композиционного материала // 2492476

Изобретение относится к производству древесных композиционных материалов (ДКМ) и может быть использовано при определении их химической безопасности. .

Установка для испытания стержневых образцов материалов на послойный срез при действии осевой нагрузки // 2518849

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Установка содержит основание, установленный на нем барабан, резец для взаимодействия с образцом, закрепленный на барабане коаксиально последнему, держатель образца в виде обоймы, толкатель для взаимодействия с одним из торцов образца, упор для взаимодействия со вторым торцом образца и механизм перемещения толкателя, выполненный в виде пресса.

Способ проведения испытаний на сдвиг и устройство для его реализации // 2511624

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам и устройствам для испытания на сдвиг, и может быть использовано при изготовлении многослойных панелей в самолетостроении, судостроении, строительстве и других отраслях промышленности.

Образец для испытания диффузионного соединения листовых заготовок на сдвиг, способ его изготовления и испытания // 2490613

Изобретение относится к испытательной технике. .

Образец для испытания на сдвиг (варианты) и способ испытаний его // 2482463

Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытанию материалов на сдвиг. .

Установка для испытания горных пород на послойный срез при действии осевой нагрузки // 2411490

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. .

Стенд для определения жесткости каблучной части обуви // 2403552

Изобретение относится к области обувного производства, а именно к исследовательскому приборному комплексу, предназначенному для определения зависимости жесткости каблука при взаимодействии его с опорной поверхностью, что имеет место в фазе переднего толчка при ходьбе.

Способ определения коэффициента жесткости каблучной части обуви в функции времени переднего толчка // 2394221

Изобретение относится к обувной подотрасли легкой промышленности. .

Способ измерения давления в поровой воде слабых водонасыщенных грунтов // 2390752

Изобретение относится к механике грунтов. .

Устройство для измерения сопротивления снега сдвигу // 2344403

Изобретение относится к исследованиям механических свойств снега и может быть использовано для определения оптимального режима уборки снежных завалов. .

Способ исследования механических свойств грунтов, сыпучих и порошковых материалов и устройство для его осуществления // 2328717

Изобретение относится к испытательной технике. .

Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды // 2537725

Изобретение относится к области физики материального (контактного) взаимодействия, а именно к способу определения угла φн внутреннего трения и удельного сцепления - сн материальной связной среды нарушенной структуры, воспринимающей давление свыше гравитационного. Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды заключается в определении при лабораторном сдвиге образцов среды ненарушенной структуры в условиях компрессии угла φ=φстр внутреннего трения и удельного сцепления с=сстр среды ненарушенной структуры при построении графика Кулона-Мора τi=pi·tgφстр+сстр предельного состояния среды под давлением pi, где τi - напряжение сдвига среды под давлением сжатия pi. Для определения угла внутреннего трения среды с нарушенной структурой, образующейся при достижении под штампом давления, равного бытовому давлению рстр.б=рб=(γ·h-сстр)ctgφстр на отметке h массива ее естественного сложения, определяют угол θ=φстр+φн=arcsin[2sinφстр/(1+sin2φстр)]. Определяют угол внутреннего трения среды с нарушенной структурой по выражению φн=θ-φстр, а удельное сцепление материальной среды с нарушенной структурой определяют по зависимости с н = с с т р [ 2 − t g φ н t g φ с т р ] . Технический результат - получение связи физических параметров прочности φн и сн нагруженной материальной среды сверх природного гравитационного (бытового) давления с параметрами структурной прочности среды φстр и сстр.2 ил.