PL208499B1 - Przyrząd do jednoosiowego ściskania próbek, zwłaszcza z suszonych warzyw i owoców - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do jednoosiowego ściskania próbek, zwłaszcza z suszonych warzyw i owoców.

Wynalazek ten może znaleźć zastosowanie w laboratoriach, w których prowadzone są badania podstawowych cech jakościowych, głównie przetworzonych materiałów pochodzenia roślinnego.

Suszenie żywności pozwala na utrwalanie jej walorów smakowych i zdrowotnych, powodując przy tym, w suszonym materiale, istotne zmiany strukturalno-mechaniczne a niekiedy również chemiczne. Wpływ przemian strukturalnych na jakość suszu najczęściej oceniano organoleptycznie, sensorycznie oraz poprzez wyznaczenie cech mechanicznych, w oparciu o zrealizowane testy. Jednakże ze względu na zróżnicowanie morfologiczne owoców, bulw, korzeni oraz dużą zmienność ich właściwości, a także wpływ samego procesu suszenia, nie opracowano jednego standardowego testu. Dlatego porównanie reakcji różnych materiałów, w stanie świeżym i suszonym - dokonywane poprzez porównanie ich charakterystyk - standardowo przedstawionych jako zależność naprężenia w funkcji odkształcenia, jest utrudnione.

W odniesieniu do cał ych obiektów lub ich istotnych fragmentów opracowano standard ASEA (ASAE Standard S368.2, 1992. „Compression Test of Food Materials of Convex Shape). W tym standardzie, a także w innych badaniach, wykorzystywano ściskanie obiektu pomiędzy dwiema płytami albo pomiędzy penetratorem i płytą. Stosowano penetratory zakończone płasko - metoda Magness-Taylora albo kształtowo, np. półkuliście metoda Fekete (Sitkei G. „Mechanics of agricultural materiale, Akademiai Kodo, Budapeszt, 1987).

Ściskanie próbek - wyciętych np. z owoców, bulw, korzeni - pomiędzy dwiema płytami ze stałą. quasi-statyczną prędkością - bezpośrednio odnosi się do standardowych badań materiałów konstrukcyjnych, celem których, jest wyznaczenie ich wytrzymałości doraźnej. Próbki wycinane ze świeżych warzyw czy owoców najczęściej miały kształt walca, przy czym jego wysokość była równa lub większa od jego średnicy, (Mohsenin N.N. Physical Properties of Plant and Animal Materials. Vol.l Structure, Physical Characteristics and Mechanical Properties. New York, Gordon and Breach Sci. Publ., 1970; Blahovec J. „Static mechanics and texture of fruits and vegetables Res. Agr. Eng. 2001, 47(4), ss. 144-169).

Próbki uzyskane z wysuszonych fragmentów (plastrów, kostek) warzyw i owoców są, zależnie od metody suszenia, mniej lub bardziej zdeformowane. Dlatego w niektórych badaniach próbkę standaryzowano wymiarowo, na przykład poprzez jej kalibrację albo próbkę tworzono ze stosu, nakładanych na siebie plastrów w luźnej tulejce przyrządu, w którym dokonywano pomiarów (Czachor G. „Modelowanie zmian struktury suszonej tkanki chrzanu. Konferencja Naukowa PTA, Właściwości geometryczne, mechaniczne i strukturalne surowców i produktów spożywczych. Olsztyn, 2003, ss. 30; Lewicki P.P., Jakubczyk E. „Effect of hot air temperature on mechanical properties of dried apples, Journal of Ford Engineering, 2004, 64, ss, 307-314).

Znany jest przyrząd, w którym wykorzystano układ tłok-cylinder do quasi-jednoosiowego ściskania próbki, zestawionej z plastrów, wyciętych ze świeżych owoców i warzyw albo z ich suszów (Jakubczyk E., Lewicki P.P. „Właściwości mechaniczne tkanki jabłka w odniesieniu do jej struktury Acta Agrophysica, 2003, 2(3), ss. 549-557; Stępień B., Michalski A. „Zmiany cech mechanicznych zachodzących w trakcie przechowywania suszonej pietruszki. Inżynieria Rolnicza, 2006, 4, ss. 199 -206). Przyrząd ten posiada cylinder, w którym kolejno układano w stos świeże albo wysuszone plasterki miąższu badanego materiału, które następnie ściskano tłokiem do pewnej wartości ich odkształcenia. Część plasterków, szczególnie wysuszonych, mogła w trakcie testu przemieścić się poprzecznie do kierunku działającej siły i mogła opierać się o ściankę cylindra. W takich przypadkach nie były spełniane warunki testu jednoosiowego ściskania.

Znane są konstrukcje przyrządów wykorzystujące układ tłok-cylinder, w których próbki szczelnie wypełniały przestrzeń roboczą cylindrów. Układ taki wykorzystano do pomiarów współczynnika sprężystości poprzecznej - liczba Poissona, (Hughes H., Segerlind L., J. „A rapid mechanical method for determining Poissona's ratio in biological materials. ASAE, 1972, ss. 72-310).

Układ tłok cylinder wykorzystywano również w badaniach wybranych materiałów pochodzenia roślinnego. W tym rozwiązaniu układ tłok-cylinder składał się z tulei zakończonej kołnierzem, do którego śrubami była przykręcona płyta, stanowiącą podstawę cylindra (Viswanathan R., Gothandapani L. „Pressure Density Relationships and Stress Relaxation Characteristics of Copr. Pith, Journal Agric.

PL 208 499 B1

Engng. Res.. 1999, 73, ss. 217-225). Zastosowane rozwiązanie konstrukcyjne spełnia funkcję cylindra i jest typowe dla tego typu badań .

Z polskiego opisu patentowego nr 204688 znany jest przyrząd, który posiada igły dolną i górną służące do mocowania cylindrycznej próbki na stoliku. Konstrukcja przyrządu zapewnia osiowe położenie próbki w czasie badań.

Przyrząd, według wynalazku, posiada znany tłok zakończony w górnej części czaszą półkulistą. Tłok w dolnej części ma centralnie wykonany otwór nieprzelotowy. W tym otworze umieszczony jest suwliwie trzpień, zakończony od góry stożkiem i osadzony jest dolną częścią w otworze przelotowym, wykonanym centralnie w występie osadczym oraz w płycie. Przestrzeń, ograniczona powierzchniami czołowymi tłoka i występu osadczego oraz wewnętrzną powierzchnią tulei, tworzy komorę pomiarową.

Korzystnie jest gdy osie tłoka, tulei, trzpienia, otworów nieprzelotowego i przelotowego oraz występu osadczego pokrywają się a powierzchnie: boczna tłoka oraz wewnętrzna tulei leżą w jednej płaszczyźnie i stanowią wspólną powierzchnię walcową.

Korzystnie też jest, gdy stosunki wysokości (h2) części prowadzącej tulei i wysokości (h1) występu osadczego do średnicy (D) tulei wynoszą odpowiednio, co najmniej 0,5 i 0,25 oraz gdy stosunek średnicy (d0) trzpienia do średnicy (D) tulei, wynosi nie więcej niż 0,2.

Korzystnie jest, gdy pasowania następujących par kinematycznych: tłok-tuleja występ osadczytuleja, trzpień-otwór nieprzelotowy - są wykonane w klasie H8/h7 a pasowanie pary trzpień-otwór przelotowy - jest w klasie K8/h7.

Korzystnie jest również, gdy tuleja wykonana jest z przezroczystego materiału a tłok wykonany jest z materiału, którego gęstość nie przekracza 3 Mg/m³.

Przyrząd, według wynalazku, umożliwia w trakcie realizacji testu jednoosiowego ściskania, uzyskanie i zachowanie stałych warunków pomiaru. Konstrukcja przyrządu umożliwia łatwy jego montaż i demontaż .

Ponadto, przyrząd ten umożliwia badanie próbek zarówno wyciętych z materiału świeżego, np.: owoców, korzeni, bulw, jak też z ich suszu.

Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania, na rysunku, który przedstawia przekrój przyrządu przystosowanego do badań próbek w kształcie walca.

Przyrząd, według wynalazku, ma tuleję 5 zamocowaną na występie osadczym 11 płyty 13. W tulei 5 umieszczony jest tłok 3, zakończony w górnej części czaszą półkulistą 2. Tłok 3 ma w dolnej części centralnie wykonany otwór nieprzelotowy 4. W tym otworze umieszczony jest suwliwie trzpień 7, zakończony od góry stożkiem 6 i osadzony dolną częścią w otworze przelotowym 15, wykonanym centralnie w występie osadczym 11 oraz w płycie 13. Przestrzeń, ograniczona powierzchniami czołowymi tłoka 3 i występu osadczego 11 oraz wewnętrzną powierzchnią tulei 5, tworzy komorę pomiarową 10.

Przed rozpoczęciem pomiarów płytę 13 wraz z przyrządem, według wynalazku, mocuje się śrubami 12, do podstawy 14 dodatkowego urządzenia, którym jest np. maszyna wytrzymałościowa, posiadająca element dociskowy 1.

Następnie do komory pomiarowej 10 kolejno wkłada się plastry standaryzowane 8 i obciąża się je tłokiem 3. Skutki działania samego tłoka 3, o zadanej masie, nie powinny przekraczać założonej wartości napięcia wstępnego, obciążającego próbkę 9.

Istotne jest, aby wartość osiowego odkształcenia próbki 9, przy której następuje jej zniszczenie, była mniejsza od wysokości h3, odpowiadającej zakresowi przemieszczania się tłoka 3 względem trzpienia 7 oraz aby stosunek średnicy d próbki 9 do średnicy D tulei 5, wynosił, nie więcej niż 0,75.

Półkulistą czasza 2 tłoka 3 oraz osiowe ułożenie standaryzowanych plastrów 8 zapewniają, w trakcie prowadzenia badań , osiowe obciążanie próbki 9. Stoż ek 6 oraz trzpień 7, zapewniają ł atwość nakładania na siebie wspomnianych plastrów 8 i tym sam umożliwiają utworzenie próbki 9 w kształcie regularnego walca. Część trzpienia 7, wystająca ponad powierzchnię czołową wystę pu osadczego 11, powinna mieć wysokość większą niż wysokość próbki 9.

Z materia ł u, bę d ą cego przedmiotem badania, wycina się plaster standaryzowany 8 w kształ cie pierścienia o określonych średnicach zewnętrznej i wewnętrznej. Istotna jest przy tym dokładność, odchyłki kształtu nie powinny przekraczać ± 0,2 mm. Średnica otworu standaryzowanego plastra 8 nie powinna być większa od średnicy sworznia centralnego 7, o wartość 0,2 mm. Po zestawieniu standaryzowanych plastrów 8 w stos, wysokość h tak utworzonej próbki 9, w stosunku do jej średnicy d powinna zawierać się w przedziale od 0,5 do 1,5.

Element dociskowy 1, wspomnianego dodatkowego urządzenia, powoduje przemieszczanie się tłoka 3 w tulei 5, ze stałą, quasi-statyczną prędkością. Pomiar prowadzi się do momentu, gdy badana

PL 208 499 B1 próbka 9 uzyska stan zniszczenia, w którym następuje naruszenie ciągłości jej struktury, co wyraża się wyraźnym spadkiem wartości rejestrowanej siły. Następnie, z uzyskanych wyników testu, wyznacza się zmienność naprężenia, w funkcji odkształcenia i na tej podstawie określa się wartości standardowych charakterystyk mechanicznych, zwłaszcza wartości granicznych naprężeń i umownych modułów.

Wykaz oznaczeń

1. Element dociskowy

2. Czasza półkulistą

3. Tłok

4. Otwór nieprzelotowy

5. Tuleja

6. Stożek

7. Trzpień

8. Plaster standaryzowany

9. Próbka

10. Komora pomiarowa

11. Występ osadczy

12. Śruba

13. Płyta

14. Podstawa

15. Otwór przelotowy

Claims (8)

1. Przyrząd do jednoosiowego ściskania próbek, zwłaszcza z suszonych warzyw i owoców, posiadający tłok oraz tuleję umocowaną na występie osadczym płyty i opartą na jej powierzchni, znamienny tym, że znany tłok (3) jest zakończony w górnej części czaszą półkulistą (2) i posiada w swojej dolnej części centralnie wykonany otwór nieprzelotowy (4), w którym umieszczony jest suwliwie trzpień (7) zakończony od góry stożkiem (6) i osadzony dolną częścią w otworze przelotowym (15), wykonanym centralnie w występie osadczym (11) oraz w płycie (13), przy czym, przestrzeń ograniczona powierzchniami czołowymi tłoka (3) i występu osadczego (11) oraz wewnętrzną powierzchnią tulei (5), tworzy komorę pomiarową (10).

2. Przyrząd, według zastrz. 1, znamienny tym, że osie tłoka (3), tulei (5), trzpienia (7), otworów nieprzelotowego (4) i przelotowego (15) oraz występu osadczego (11) pokrywają się.

3. Przyrząd, według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnie boczna tłoka (3) oraz wewnętrzna tulei (5) leżą w jednej płaszczyźnie i stanowią wspólną powierzchnię walcową.

4. Przyrząd, według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunki wysokości (h2) części prowadzącej tulei (5) i wysokości (h1) występu osadczego (11) do średnicy (D) tulei (5) wynoszą odpowiednio, co najmniej 0,5 i 0,25.

5. Przyrząd, według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek średnicy (d0) trzpienia (7) do średnicy (D) tulei (5) wynosi nie więcej niż 0,2.

6. Przyrząd, według zastrz. 1, znamienny tym, że pasowania par kinematycznych tłok (3)-tuleja (5), występ osadczy (11)-tuleja (5), trzpień (7)-otwór nieprzelotowy (4) są wykonane w klasie H8/h7 a pasowanie pary trzpień (7)-otwór przelotowy (15) jest w klasie K8/h7.

7. Przyrząd, według zastrz. 1, znamienny tym, że tuleja (5) wykonana jest z przezroczystego materiału.

8. Przyrząd, według zastrz. 1, znamienny tym, że tłok (3) wykonany jest z materiału, którego gęstość nie przekracza 3 Mg/m³.