СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ ПИЩЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК G01N19/02 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике для определения коэффициента трения твердых пищевых продуктов при их взаимодействии с твердыми поверхностями.

Известен способ определения коэффициента трения сыпучего материала о твердую поверхность (а.с. № 1161471, кл. G 01 N 19/02, 1985 г., БИ № 22), заключающийся в том, что сыпучий материал подают на вращающийся вокруг вертикальной оси диск с радиальными лопатками и улавливают материал после слета его с лопаток ловушкой, разделенной на две части перегородкой, а коэффициент трения определяют по углу установки лопаток при условии, чтобы массы сыпучего материала в каждой части ловушки были равны.

Недостатком данного способа являются невысокая точность измерений, так как достаточно трудно обеспечить равенство масс сыпучего материала в каждой части ловушки, а также неудобство, связанное с измерением двух различных параметров: массы сыпучего материала в каждой части ловушки и угла установки лопаток, что ведет к увеличению длительности процесса измерений достоверного коэффициента трения материала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу и устройству является способ для определения коэффициента трения сыпучих материалов, включающий создание номинальной нагрузки при контакте материала с контробразцом, приведение во вращение контробразца и косвенное определение коэффициента трения скольжения по измеренной силе трения регистрирующим прибором в приборе (а.с. № 855442, кл. G 01 N 19/02, 1981 г., БИ № 30), содержащем корпус, обойму для испытуемого материала, привод вращения контробразца, нагружающее устройство, включающее грузы и связанный с обоймой подвижный в осевом направлении элемент в виде упругой подвески, и тензометрический силоизмеритель.

Недостатком данного способа является невысокая точность измерений, так как достаточно трудно обеспечить оперативное определение коэффициента трения скольжения различных трущихся пар по поверхности различной формы. Недостатком прибора является его сложность, что влияет на точность измерений, зависящих от большого количества факторов (зазора n, номинальной нагрузки, скорости вращения, датчика преобразователя, усилителя и регистрирующего прибора).

Технической задачей изобретения является повышение точности измерений и обеспечение оперативного определения коэффициента трения скольжения различных трущихся пар по поверхности различной формы.

Техническая задача достигается тем, что в способе определения коэффициента трения скольжения пищевых материалов, включающем создание номинальной нагрузки при контакте материала с контробразцом, приведение во вращение контробразца и косвенное определение коэффициента трения скольжения по измеренной силе трения регистрирующим прибором, новым является то, что создание номинальной нагрузки осуществляется за счет действующей на материал центробежной силы, а коэффициент трения скольжения определяют из условия равенства силы трения F_тp=ƒmω²R и силы тяжести F_тяж=mg по формуле

где g - ускорение свободного падения тела; R - расстояние от оси вращения карусели до центра масс патрона, ω₁ - максимальная угловая скорость карусели, при которой патрон начинает сползать вниз.

В устройстве для определения коэффициента трения скольжения пищевых материалов, содержащем обойму для испытуемого материала, привод вращения контробразца, нагружающее устройство и регистрирующий прибор для косвенного определения силы трения, новым является то, что оно само представляет собой карусель, на одной стороне которой установлена обойма для испытуемого материала в форме стакана из прозрачного материала, а на другой стороне - противовес, при этом внутри стакана расположена сменная контрольная пластинка, прижатая к патрону с испытуемым материалом нагружающим устройством, состоящим из подпружиненной планки, соединенной гибким тросиком с ручкой, причем привод вращения снабжен регулятором и регистрирующим прибором в виде тахометра.

Технический результат заключается в повышении точности измерений и обеспечении оперативного определения коэффициента трения скольжения различных трущихся пар по поверхности различной формы.

На фиг. 1 изображена схема устройства для определения коэффициента трения скольжения пищевых продуктов; на фиг.2 представлена расчетная схема действующих сил в трущейся паре испытуемый материал - поверхность контробразца.

Устройство (фиг. 1) состоит из карусели 1, которая вращается вокруг вертикальной оси, приводится во вращение электродвигателем 2, частота вращения которого регулируется регулятором 3 и тахометром 4. На одной стороне карусели 1 установлена обойма в форме стакана 5 из прозрачного материала, а на другом - противовес 6 для уравновешивания центробежной силы, действующей на стакан 5. Внутри стакана 5 расположены контробразец в виде сменной контрольной пластинки 7, патрон 8 с испытуемым материалом, планка 9, которая прижимает патрон 8 к контрольной пластинке 7 с помощью пружины 10. Для отвода планки 9 от патрона 8 служит ручка 11, которая соединена с планкой 9 гибким тросиком 12.

Для исключения влияния трения о воздух стакан 5 накрыт крышкой 13.

Способ определения коэффициента трения скольжения пищевых материалов на описанном устройстве осуществляется следующим образом.

Прикрепляют контрольную пластинку 7 к стакану 5, а испытуемый материал закрепляют в патроне 8.

При этом может быть два варианта (фиг. 1) крепления испытуемого материала: кусковой материал свободно вставляется в углубление патрона 8 и прижимается к поверхности контрольной пластинки 7 (вариант 2), а сыпучий материал сажается клеем на дополнительную вставку, по форме воспроизводящую углубление патрона 8, свободно вставляется в него и также прижимается к поверхности контрольной пластинки 7 (вариант 1).

Затем устанавливают патрон 8 между контрольной пластинкой 7 и планкой 9 и, отпустив пружину, прижимают планку 9. Включают привод и доводят угловую скорость карусели 1 до величины ω с одной или нескольких попыток. Затем с помощью ручки 11 и посредством гибкого тросика 12 отводят подпружиненную планку 9 от патрона 8.

При вращении карусели 1 и отведенной планке 9 патрон 8 удерживается на контрольной пластинке 7 под действием номинальной нагрузки, создаваемой центробежной силой C=mω²R за счет вращения карусели 1, т.е. за счет того, что сила трения F_тp=ƒC между контрольной пластинкой 7 и испытуемым материалом, размещенным в патроне 8, больше силы тяжести F_тяж=mg патрона 8 (фиг. 2):

F_тp>mg; F_тр=ƒmω²R,

где m - масса патрона; g - ускорение свободного падения тела; ƒ - коэффициент трения скольжения между контрольной пластинкой и испытуемыми материалами; ω - угловая скорость вращения карусели, соответствующая положению патрона на контрольной пластинке; R - расстояние от оси вращения карусели до центра масс патрона.

После отжатия пружины 10 с помощью ручки 11 плавно снижают угловую скорость вращения карусели 1.

Фиксируют угловую скорость вращения карусели 1 ω₁, когда патрон 8 начинает скользить по контрольной пластинке 7 вниз, т.е. F_тp<mg.

Это обеспечивается тем, что при этих условиях, т.е. при F_тр<mg, патрон 8 не удерживается на контрольной пластинке 7 и соответственно начинает сползать и падает вниз на дно стакана 5. Из равенства силы трения F_тр=ƒmω²R и силы тяжести F_тяж=mg определяется коэффициент трения скольжения:

где ω₁ - максимальная угловая скорость карусели, при которой патрон начинает сползать вниз.

Способ определения коэффициента трения скольжения пищевых материалов и устройство для его осуществления позволяют с высокой точностью оперативно определить коэффициент трения скольжения различных трущихся пар по поверхностям различной формы.

Использование: изобретение относится к измерительной технике для определения коэффициента трения твердых пищевых продуктов при их взаимодействии с твердыми поверхностями. Сущность: при определении коэффициента трения скольжения пищевых материалов создают номинальную нагрузку при контакте материала с контробразцом, приводят во вращение контробразец и косвенно определяют коэффициент трения скольжения по измеренной силе трения регистрирующим прибором. При этом создают номинальную нагрузку за счет действующей на материал центробежной силы, а коэффициент трения скольжения определяют из условия равенства силы трения F_тр=fmω²R и силы тяжести F_тяж=mg по формуле где g - ускорение свободного падения тела; R - расстояние от оси вращения карусели до центра масс патрона, ω₁ - максимальная угловая скорость карусели, при которой патрон начинает сползать вниз. Устройство для определения коэффициента трения скольжения пищевых материалов содержит обойму для испытуемого материала, привод вращения контробразца, нагружающее устройство и регистрирующий прибор для косвенного определения коэффициента трения. Устройство представляет собой карусель, на одной стороне которой установлена обойма для испытуемого материала в форме стакана из прозрачного материала, а на другой стороне - противовес. При этом внутри стакана расположена сменная контрольная пластинка, прижатая к патрону с испытуемым материалом нагружающим устройством, состоящим из подпружиненной планки, соединенной гибким тросиком с ручкой, причем привод вращения снабжен регулятором и регистрирующим прибором в виде тахометра. Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерений и обеспечении оперативного определения коэффициента трения скольжения различных трущихся пар по поверхности различной формы. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения коэффициента трения скольжения пищевых материалов, включающий создание номинальной нагрузки при контакте материала с контробразцом, приведение во вращение контробразца и косвенное определение коэффициента трения скольжения по измеренной силе трения регистрирующим прибором, отличающийся тем, что создание номинальной нагрузки осуществляется за счет действующей на материал центробежной силы, а коэффициент трения скольжения определяют из условия равенства силы трения F_тр=ƒmω²R и силы тяжести F_тяж=mg по формуле

где g - ускорение свободного падения тела;

R - расстояние от оси вращения карусели до центра масс патрона;

ω₁ - максимальная угловая скорость карусели, при которой патрон начинает сползать вниз.