CS245135B1 - Zařízení k měření frikčních vlastností - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení k měření frikčních vlastností v sypkých hmotách, zeminách a podobných materiálech, v dalším nazývaných sypkými hmotami, nebo v ploše dotyku mezi sypkými hmotami a kompaktní tuhou látkou, popřípadě mezi vzorky kompaktních tuhých látek, a to současným zjištěním smykových a normálných napětí v rovině smyku.

Získané výsledky měření slouží například pro dimenzování zásobníků, určování pevnosti kleneb, charakterizaci procesu drcení sypkých hmot nebo· pro určení součinitelů tření mezi kompaktními tuhými látkami.

Zařízení k měření frikčních vlastností jsou známa. Nejčastěji používaná zařízení patří do skupiny rotačních smykových přístrojů pro sypké hmoty, viz Schwedes: Freiberger Forschungshefte A 634, 1980, str. 35 až 51. U těchto aparátů se měřený objekt, například vzorek, nachází mezi dvěma s výhodou horizontálně uloženými kruhovými nebo· prstencovými koaxiálními deskami. Normálně napětí se vkládá na desky vnější silou, smykové napětí se vyvozuje kroutícím momentem mezi deskami vůči středové ose. Souosé vedení je zajištěno středovým ložiskem.

Rozlišují se dvě varianty přístrojů, a to — pro měření k vyvolání smyku potřebného kroutícího momentu při jinak konstantní vnější normálně síle a při proměnném objemu vzorku a — pro měření normálného napětí a kroutícího momentu při smyku za konstantního objemu vzorku.

Typickými zástupci obou těchto skupin jsou např. přístroje podle CARRA a WALKERA, viz Powder Technology 1, 1968, 6, str. 369 až 373, či NOVOSADA, viz European Symposimu Particle Technology, Amsterdam 1980, Preprínts Vol. B, str. 1 035 až 1 046.

U první varianty přístroje se stanovuje normálně napětí v měřeném objektu jen s přihlédnutím k vnější normálně síle. Kroutící moment se obvykle určí tak, že se jedna deska otáčí konstantní úhlovou rychlostí a měří se na definovaném pákovém rameni druhé desky působící k aretaci potřebná síla.

Tato metoda má následující nevýhody:

— vertikální relativní pohyby desek vedou v důsledku třecích a setrvačných sil ke zkreslení normálného napětí oproti shora popsané metodě určení, — k vyloučení těchto zkreslení je třeba přístrojové a časově velmi náročných výzkumů a korekčních výpočtů, — známé použití vzduchových ložisek je velmi náročné, u některých přístrojů nepřichází vůbec v úvahu a odstraňovány jsou jím pouze zkreslení pocházející z třecích sil ve středovém ložisku, — u běžných ložisek musí být v obvodovém směru ve středovém ložisku vznikající tření korigována náročnými cejchovními postupy, — přístroje, které jsou koncipovány pro měření s konstantní vnější normálnou silou, neumožňují obvykle provádět měření při konstantním objemu vzorku.

Přístroje pro měření při konstantním objemu vzorku obsahují měřicí zařízení pro stanovení normálných napětí, kterým působí měřený objekt na vrchní a/nebo spodní desku. Známa jsou všechna řešení podle Novosada a Ogniwegka, viz VDI-Fortschriftsberichte Reihe 3, č. 50.

Tyto varianty mají následující nedostatky:

— i nejmenší nepřesnosti při instalaci do desky zapuštěných měřičů tlaku způsobují výrazné chyby měření. Uložení a prověření měřičů tlaku vyžaduje mimořádné úsilí, —elastickou těsnicí vrstvu mezi povrchem desky a měrnou deskou měřiče tlaků nutno částečně přičíst k ploše měrné desky. Určení příslušného podílu vyžaduje náročná cejchovní měření, — u zrnitých sypkých hmot může docházet k zatlačení jednotlivých zrn do elastické těsnicí vrstvy a tím ke zkreslení měřených hodnot. Tím je shora omezen rozsah rozměrů zrn vzorku sypké hmoty při takovém měření, číselné určení této meze je velmi náročné.

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení k měření frikčních vlastností dle vynálezu spočívající v tom, že na kruhové nebo prstencové měrné desce, která je uložena na vzorku materiálu, je uspořádáno 3 až 12 siloměrných čidel pro současné a nezávislé měření v místě upevnění působících normálných a tečných smykových sil, přičemž siloměrná čidla jsou na straně protilehlé k místu upevnění spojena s druhou krycí deskou. Spodní strana prstencové měrné desky je tvořena vyměnitelnými vzorky materiálu, jejichž povrch je hladký, drsný nebo profilovaný.

S výhodou je možno spodní stranu měrné desky opatřovat vyměnitelnými vzorky materiálů s hladkým, drsným nebo profilovaným povrchem.

Cílem vynálezu je vytvoření přesného, časově a materiálově málo náročného zařízení pro měření smykových a normálných napětí v sypkých hmotách nebo mezi sypkými hmotami a vzorky kompaktních tuhých látek, popřípadě mezi dvěma vzorky tuhých látek, které nevyžaduje žádné další nutné kompenzace chyb měření, vyskytujících se běžně v dosud užívaných přístrojích. Dále je cílem tohoto vynálezu vyvinout takové zařízení, které odstraňuje vliv setrvačných a třecích sil na měření a vliv omezené plochy měření, které jsou příčinou vysoké časové a přístrojové náročnosti shora zmíněných kompenzačních postupů a chyb měření.

Cílem vynálezu je rovněž zařízení, které umožňuje současné přímé měření smykových a normálných napětí během celého smykového testu.

K měřeni normálných a smykových napětí se měřicí zařízení nasadí na měřený objekt, tj. na vzorek sypké hmoty nebo na vzorek tuhé látky a měřicí zařízení nebo měřený objekt, s výhodou druhý z nich, se souose pootáčí oproti v obvodovém směru aretovanému protikusu. Měřený objekt přitom na spodní stranu měrné desky působí normálnými a smykovými napětími vyvolávajícími elektrické výstupní signály ze siloměrných čidel, přičemž sumace jednotlivých měřených hodnot vede k reprezentativním hodnotám normálného a smykového napětí.

Elektrické výstupní signály se registrují během celé zkoušky, takže jsou možné výpovědi jaik o napětích, napjatostních stavech vzorku sypké hmoty, na začátku pohybu, tak i za ustálených pohybových stavů.

Měření lze provádět při konstantním, na měřicí zařízení působícím normálném napětí nebo při instalaci vertikální aretace za konstantního objemu vzorku.

Vytvořením vrchlíkovitých profilů nebo silným zdrsněním spodní desky měřicího zazařízení lze realizovat smykové děje v sypké hmotě, při osazení spodní desky rovinnými deskami z tuhých látek se měří třecí děje oproti sypké hmotě nebo tuhé látce.

Vynález má následující výhody:

přesné měření mezi vzorkem a zařízením působících napětí, včetně podílů způsobených třecími a setrvačnými silami, odpadají idealizující předpoklady nebo náročné korekce při stanovování napětí, měřicí zařízení lze použít jak pro měření při konstantním normálném zatížení, tak i za konstantního objemu vzorku, zařízení lze poměrně snadno dodatečně instalovat i do již existujících typů rotačních smykových přístrojů, využití celé desky jako společného měrného elementu pro více čidel zabraňuje možným chybám známých variant přístrojů a vylučuje s tím spojené úsilí pro zkoušení a cejchování, rozšiřuje se měřicí rozsah směrem k vyšším velikostem částic.

Navrhované řešení je znázorněno na připojených výkresech, v nichž představuje:

obr. 1 schéma zařízení k měření mezí toku sypké hmoty, obr. 2 schéma zařízení k měření vnějšího (stěnového) tření sypké hmoty na vzorku materiálu stěny, obr. 3 schéma zařízení k měření frikčních vlastností mezi dvěma vzorky testovaných kompaktních materiálů.

Měřicí zařízení podle obr. 1, sestávající z kruhové nebo prstencové měrné desky 1, tří siloměrných čidel 2 a krycí desky 3, se

3 5 nasadí na vzorek 5 materiálu, např. na zeminu nebo na vrstvu sypké hmoty. Zařízení se na sypkou hmotu přitlačuje vertikální normálnou silou, např. působením závaží, při čemž jsou na spodní straně prstencové měrné desky 1 vytvořená radiální žebra 4 zatlačována do vzorku. Tato žebra způsobují v sypké hmotě při přes krycí desku 3 vyvolaném otáčení zařízení kolem jeho vertikální osy jistý smyk. Normálně a smykové síly přenášené mezi sypkou hmotou a prstencovou měrnou deskou 1 způsobují v jednotlivých siloměrných čidlech 2 definované deformace, které se přes tensometry přemění na elektrické signály. Tyto se přičtou vždy k jednomu výstupnímu signálu pro normálně a smykové namáhání, které po cejchování a po vztažení na plochu prstencové měrné desky 1 dávají přímo· hledaná, mechanická napětí.

Tato měření slouží k zjištění mezí toku sypké hmoty.

Měřicí zařízení podle obr. 2, sestávající z prstencové měrné desky 1, tří siloměrných čidel ?. a krycí desky 3, se nasadí na vzorek 5 materiálu, např. na cement, ikterý se nachází v mezikruhovém žlabu 6. Vertikální normální silou se zařízení přitlačí ke vzorku. Spodní strana prstencové měrné desky 1 je pokryta hrubým smirkovým papírem 8. Měřicí zařízení je ložiskem 7 vedeno souose s mezikruhovým žlabem 6. Otáčením mezikruhového žlabu 6 konstantní úhlovou rychlostí oproti přes krycí desku 3 v obvodovém směru aretovanému měřicímu zařízení dochází ve vzorku 5 materiálu ke smyku, který se projevuje měřenými veličinami, popsanými v textu k obr. 1. Polkryje-li se spodní strana prstencové měrné desky 1 vzorkem k otestování určeného materiálu, např. hrubým smirkovým papírem 8, ocelí, plastem nebo betonem, je možno stanovit stěnové třecí vlastnosti mezi tímto materiálem a vzorkem 5 materiálu.

Měřicí zařízení podle obr. 3, sestávající z prstencové měrné desky 1, tří siloměrných čidel 2, krycí desky 3 a podkladové vrstvy materiálu 9, např. oceli, plastu apod. na spodní straně prstencové měrné desky 1, se nasadí na vzorek 10 materiálu. Po zatížení měřicího zařízení vertikální normálnou sílou a po pootočení vzorku 10 materiálu oproti přes krycí desku 3 v obvodovém směru aretovanému zařízení byly zjištěny v textu k obr. 1 uvedené měřené hodnoty pro smykovou a normálnou sílu, kterých je třeba pro stanovení součinitele tření mezi materiály použitými pro podkladovou vrstvu materiálu 9 a vzorek 10 materiálu.

245133

PREDMET

1. Zařízení k měření frikčních vlastností v sypkých hmotách, mezi sypkými hmotami a kompaktní tuhou látkou, jakož i mezi kompaktními tuhými látkami, které jsou vyvolány normálnou silou a rotačním relativním pohybem mezi měřeným objektem a měřicím zařízením, vyznačující se tím, že na kruhové nebo prstencové měrné desce (lj, která je uložena na vzorku (5) materiálu, je uspořádáno 3 až 12 siloměrných čidel

Claims (2)

1. (2) pro současné a nezávislé měření v místě upevnění působících normálných a tečných smykových sil, přičemž siloměrná čidla (2) jsou na straně protilehlé k místu upevnění spojena s druhou krycí deskou (3).
2. 2. Zařízení podle bodu 1 vyznačující se tím, že spodní strana prstencové měrné desky (1) je tvořena vyměnitelnými vzorky (9j materiálu, jejich povrch je hladký, drsný nebo profilovaný.