УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СДВИГОВОЙ ПРОЧНОСТИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR DETERMINING SHEAR STRENGTH OF PLANT MATERIALS

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.
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:
<mrow><mi>τ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>F</mi></mrow><mrow><mi>π</mi><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><msubsup><mi>D</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>−</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>D</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><mn>2</mn><msub><mi>δ</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mstyle></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>М</mi><mi>П</mi><mi>а</mi></mrow><mo>]</mo></mrow><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
i
i
где D, δ - 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:
<mrow><mi>τ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>F</mi></mrow><mrow><mi>π</mi><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msub><mi>a</mi><mi>i</mi></msub><msub><mi>b</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mstyle></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>М</mi><mi>П</mi><mi>а</mi></mrow><mo>]</mo></mrow><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
i
i
где a, b - 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.