Устройство для определения статического и динамического трений сыпучих материалов

Авторы патента:

Савельев Роман Вячеславович (RU)

Пайор Владимир Алексеевич (RU)

Бойков Алексей Викторович (RU)

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

G01N19/02 - определение коэффициента трения

G01N19/00 - Исследование материалов механическими способами (G01N 3/00-G01N 17/00 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2699954:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" (RU)

Изобретение относится к устройствам для измерения статического (трения покоя) и динамического трений сыпучих материалов и может быть использовано в химической, горнорудной, фармацевтической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности. Устройство для определения статического и динамического трений сыпучих материалов, содержащее корпус в форме параллелепипеда и бункер подачи сыпучего материала, выполненные из прозрачного материала. Внутри корпуса параллельно передней стенке закреплена с возможностью съема внутренняя стенка, в основании корпуса выполнено отверстие прямоугольной формы под бункером для подачи сыпучих материалов, в которое установлены выдвижная панель с ручкой, крышка прямоугольной формы с отверстием прямоугольной формы, которое выполнено над бункером для подачи сыпучих материалов, который выполнен в форме трапеции и жестко закреплен к верхней части задней стенки корпуса, в нижней части бункера для подачи сыпучих материалов вмонтирована задвижка с ручкой, которая установлена в салазки, закрепленные в поддерживающие оси, внутри корпуса к задней стенке с одной стороны и внутренней стенке с другой стороны крепятся с возможностью снятия измерительные полки, каждая из которых расположена под углами от 10° до 35°, с возможностью изменения угла до 5°, при этом на передней стенке внутри корпуса установлен бокс для WEB-камеры, в котором размещена WEB-камера, соединенная с персональным компьютером USB проводом. Данное устройство может быть использовано для оценки физических параметров сыпучих материалов при моделировании с использованием DEM-метода различного оборудования, предполагающего использование сыпучих материалов. 5 ил.

Известен прибор для определения коэффициента силы трения покоя (патент RU №2247360, опубл. 27.02.2005 г.). Прибор содержит платформу, шарнирно закрепленную на станине, со шкалой, коробку без днища, заполненную вязкопластичным материалом, тяговое устройство, опорный контур с возможностью его регулирования по высоте посредством прокладок и направляющих, размещенных на плите. В слое материала размещены частицы, коробка без днища связана с платформой амортизирующим звеном с ограничительным поводком.

Недостатками данного прибора является низкая точность, связанная со сложностью конструкции, а именно со сложностью определения угла наклона по шкале; истиранием и обрывом нитей в области контакта с неподвижными блоками; необходимостью связывания сыпучего материала вязкопластичным материалом; отсутствием поправочных коэффициентов, связанных с использованием вязкопластичных материалов; нестабильной дискретностью изменения угла наклона платформы.

Известен прибор для определения коэффициента силы трения покоя (патент RU №2488094, опубл. 20.07.2013 г.), содержащий платформу, шарнирно закрепленную на станине, шкалу и тяговое устройство. На платформе закреплена пластина из исследуемого материала с продольными пазами полукруглой формы радиусом (R), большим максимального размера (r_mах) кривизны контура поперечного сечения частиц исследуемого сыпучего материала, но с меньшим диаметром (2R) их длины (1).

Недостатками данного прибора является низкая точность, что связано с деформацией и дальнейшем провисании нитей тягового устройства при эксплуатации прибора; истиранием и обрывом нитей в области контакта с неподвижными блоками; необходимостью создания пластин из рассматриваемого сыпучего материала; использование пластин исследуемого материала в качестве альтернативы самому сыпучему материалу; сложностью определения угла наклона по шкале и зависимостью точности измерения от погрешности шкалы; нестабильной дискретностью изменения угла наклона платформы.

Известен прибор для определения коэффициента силы трения покоя (патент RU №2511615, опубл. 10.04.2014 г.), который содержит опорную платформу. Также прибор содержит коробку без днища, грузовую чашку, шнур, блок и нажимную платформу с грузами. При этом коробка без днища снабжена винтовыми опорами.

Недостатками данного прибора является низкая точность измерения, что обуславливается влиянием дополнительных параметров, в том числе отсутствие поправочного коэффициента относительно влияния винтовой опоры на конечный результат получаемой силы трения; зависимостью точности измерения от используемых гирь; растяжение и провисание нити при избыточной нагрузке; истиранием нити в области контакта с угловой поверхностью опорной платформы; истиранием и формированием излишне шероховатой или излишне гладкой поверхности опорной платформы под действием винтовой опоры и сыпучего материала.

Известно устройство для определения момента трения скольжения при испытании фрикционных муфт предельного момента (патент RU №2064668, опубл. 27.07.1996 г.) содержащее приводной двигатель и нагрузочную машину в виде двигателя постоянного тока независимого возбуждения, которые подсоединены к ведущей и ведомой полумуфтам. Источник тока подключен к якорю двигателя постоянного тока. Валы датчиков скоростей подключены к ведомой и ведущей полумуфтам, а выходы датчиков скоростей, а также датчики токов якоря и возбуждения нагрузочной машины - к вычислительному блоку.

Недостатками данного устройства являются высокая степень механизации, наличие громоздкого оборудования; влияние магнитного и электрического полей на показатели датчиков необходимость использования выпрямителей переменного тока; износ коллектора двигателя.

Известно устройство для измерения динамического трения (патент US №4594878, опубл. 24.06.1983 г.), содержащее участок измерения трения, имеющий диск с прикрепленным к нему резиновым элементом для измерения трения, приводной диск, выполненный с возможностью вращения соосно с диском, и динамометр, который соединяет диск и приводной диск. Тахометр измеряет скорость резинового элемента во время вращения участка измерения трения. Регистратор X-Y записывает два электрических выхода участка измерения трения и тахометра в прямоугольные координаты.

Недостатками данного устройства является истирание вспомогательных деталей конструкции, в том числе шкивов, стержней и дисков, наличие громоздкого оборудования; повышенный уровень шума при проведении эксперимента; необходимость высокоточной соосной центровки.

Известно устройство для измерения угла естественного откоса сыпучих материалов способ прогнозирования уноса пылевидного угля с использованием устройства (патент KR 20130120674 А, опубл. 05.11.2013 г.), которое содержит опорную пластину, которая расположена на днище, и наклонную пластину, которая шарнирно соединена с одной стороны опорной пластины, двигатель привода крепится ко днищу, намотан вокруг вращающегося вала приводного двигателя на другой стороне концов наклонной пластины Измерение степени измельчения и внутренней влажности пылевидного угля с использованием устройства для измерения угла естественного откоса порошка, реализуется за счет неподвижной проволоки и контейнера, верхняя поверхность которого открыта и заполнена пылевидным углем и расположена на верхней поверхности наклонной пластины. Этап измерения угла естественного откоса пылевидного угля и степени измельчения пылевидного угля, а также внутренней влажности и угла естественного откоса использовался для расчета следующей формулы: Индекс впитывания пылевидного угля = -1,5 * Угол покоя -31,1 * Удельная влажность -0,2 * Степень пульверизации +143,7 Способ прогнозирования уноса пылевидного угля обеспечивается посредством этапа вычисления индекса уноса пылевидного угля.

Недостатками данного устройства является истиранием и обрывом нитей в области контакта с неподвижными блоками, зависимость точности определения угла наклона пластины от гониометра, зависимость дискретизации угла наклона пластины от вида используемого двигателя и его технических показателей.

Известен прибор для определения угла естественного откоса песчаных грунтов УBT-З, (https://www.geo-ndt.ru/pribor-3330-pribor-opredeleniya-ygla-estestvennogo-otkosa-peskov-yvt-3m.htm;

https://znaytovar.ru/gost/2/RSN_5184_Inzhenernye_izyskaniy.html в приложении 10) принятый за прототип, состоящий из параллелепипеда, выполненного из прозрачного материала, внутрь которого подвешивается бункер подачи сыпучего материал разделенный на две части для параллельного измерения угла откоса для двух материалов. На стенках бункера, выполненного из прозрачного материала высечена шкала, позволяющая определить необходимый угол наклона для естественного высыпания угла.

Недостатками данного устройства являются сложность визуальной оценки угла откоса по нанесенной шкале в следствии отсутствие контрастных цветов и малого размера бункера; низкая точность метода, связанная со сложностью соблюдения необходимой дискретности при изменении угла наклона вручную; зависимость точности определения угла наклона от погрешности измерения нанесенной шкалой.

Техническим результатом является создание устройства с повышенной точностью определения, достигнутой за счет минимизации количества движущихся деталей, использования WEB-камеры и алгоритмов прогнозирования, а также использования 6 полок, расположенных под разными углами для охвата всего возможного диапазона коэффициента трения.

Технический результат достигается тем, что внутри корпуса параллельно передней стенке закреплена с возможностью съема внутренняя стенка, в основание корпуса выполнено отверстие прямоугольной формы под бункером для подачи сыпучих материалов, в которое установлено выдвижная панель с ручкой, крышка прямоугольной формы с отверстием прямоугольной формы, которое выполнено над бункером для подачи сыпучих материалов, который выполнен в форме трапеции и жестко закреплен к верхней части задней стенки корпуса, в нижней части бункера для подачи сыпучих материалов вмонтирована задвижка с ручкой, которая установлена в салазки закрепленные в поддерживающие оси, внутри корпуса к задней стенке с одной стороны и внутренней стенке с другой стороны крепятся с возможностью снятия, измерительные полки, каждая из которых расположена под углами от 10° до 35°, с возможностью изменения угла до 5°, при этом на передней стенки внутри корпуса установлен бокс для WEB-камеры, в котором размещена WEB-камера, соединенная с персональным компьютером USB проводом.

Устройство для определения статического и динамического трений сыпучих материалов поясняется следующими фигурами:

фиг. 1 - вид спереди устройства для определения статического и динамического трений сыпучих материалов

фиг. 2 - вид сбоку устройства для определения статического и динамического трений сыпучих материалов

фиг. 3 - вид сзади устройства для определения статического и динамического трений сыпучих материалов

фиг. 4 - вид сзади ручки задвижки бункеров подачи сыпучего материала

фиг. 5 - 3D модель устройства для определения статического и динамического трений сыпучих материалов, где:

1 - корпус;

2 - измерительная полка под углом 10°;

3 - измерительная полка под углом 15°;

4 - измерительная полка под углом 20°;

5 - измерительная полка под углом 25°;

6 - измерительная полка под углом 30°;

7 - измерительная полка под углом 35°;

8 - выдвижная панель;

9 - ручка;

10 - задвижка

11 - бункеры подачи сыпучего материала;

12 - ручка задвижки;

13 - бокс для web - камеры;

14 - WEB-камера;

15 - USB провод;

16 - персональный компьютер;

17 - салазки для передвижения задвижки;

18 - поддерживающая ось для передвижения задвижки;

19 - внутренняя стенка;

20 - задняя стенка;

21 - основание;

22 - передняя стенка;

23 - крышка

Устройство для определения статического и динамического трений сыпучих материалов содержит (фиг. 1-5) корпус 1 с крышкой 23. Корпус 1 выполненный в форме параллелепипеда. В основании 21 корпуса 1 выполнено отверстие прямоугольной формы под бункером для подачи сыпучих материалов 11, в которое установлено выдвижная панель 8 с ручкой 9. Внутри корпуса 1 параллельно передней стенке закреплена с возможностью съема внутренняя стенка 19 из оргстекла, прозрачного пластика или иных прозрачных материалов, устойчивых к истиранию. Крышка 23 прямоугольной формы с отверстием такой же формы над бункерами для подачи сыпучих материалов 11.

Внутри к верхней части задней стенки 20 корпуса 1 жестко крепятся бункеры подачи сыпучего материала 11 трапециевидной формы, с задвижкой 10. На задвижке 10 жестко закреплена ручка задвижки 12, задвижкой 10 установлена в салазки для передвижения задвижки 17, которые закреплены в поддерживающей оси для передвижения задвижки 18.

Внутри корпуса 1 к задней стенке 20 и прозрачной стенке 19 крепятся с возможностью съема, саморезами или винтами, измерительная полка под углом 10° 2, измерительная полка под углом 15° 3, измерительная полка под углом 20° 4, измерительная полка под углом 25° 5, измерительная полка под углом 30° 6, измерительная полка под углом 35° 7, измерительные полки выполненные с изменением угла в 5°. Расстояние между измерительными полками выбирают равным шести диаметрам частицы, при этом диаметр частиц не должен превышать 10 мм, для предотвращения застраивания материала.

Бокс для WEB-камеры вмонтирован на передней стенки 22 внутри корпуса 1 в него установлена WEB-камера 14, соединенная с персональным компьютером 16 USB проводом 15.

Устройство для определения статического и динамического трений сыпучих материалов работает следующим образом. В бункеры подачи сыпучего материала 11 подается исследуемое сыпучее вещество. После чего выдвигается задвижка 10 посредством ее вытягивания из паза за ручку задвижки 12. Задвижка 10 двигается по салазкам для передвижения задвижки 17, расположенным в поддерживающей оси для передвижения задвижки 18 до тех пор, пока не зафиксируется в корпусе 1. Сыпучий материал скатывается по измерительная полка под углом 10° 2, измерительная полка под углом 15° 3, измерительная полка под углом 20° 4, измерительная полка под углом 25° 5, измерительная полка под углом 30° 6, измерительная полка под углом 35° 7 на выдвижное днище 8. Ход эксперимента фиксируется на WEB-камеру 14, установленную в бокс для WEB-камеры 13 и фиксирующая проведение эксперимента через внутреннюю стенку 19. Получаемый видеофайл передается через USB провод 15 на персональный компьютер 16. После проведения эксперимента выдвижная панель 8 выдвигается посредством вытягивания ручки 9 и сыпучий материал удаляется.

Данное устройство может быть использовано для оценки физических параметров сыпучих материалов при моделировании с использованием DEM-метода различного оборудования, предполагающее использование сыпучих материалов.

Устройство для определения статического и динамического трений сыпучих материалов, содержащее корпус в форме параллелепипеда и бункер подачи сыпучего материала, выполненные из прозрачного материала, отличающийся тем, что внутри корпуса параллельно передней стенке закреплена с возможностью съема внутренняя стенка, в основании корпуса выполнено отверстие прямоугольной формы под бункером для подачи сыпучих материалов, в которое установлены выдвижная панель с ручкой, крышка прямоугольной формы с отверстием прямоугольной формы, которое выполнено над бункером для подачи сыпучих материалов, который выполнен в форме трапеции и жестко закреплен к верхней части задней стенки корпуса, в нижней части бункера для подачи сыпучих материалов вмонтирована задвижка с ручкой, которая установлена в салазки, закрепленные в поддерживающие оси, внутри корпуса к задней стенке с одной стороны и внутренней стенке с другой стороны крепятся с возможностью снятия измерительные полки, каждая из которых расположена под углами от 10° до 35°, с возможностью изменения угла до 5°, при этом на передней стенке внутри корпуса установлен бокс для WEB-камеры, в котором размещена WEB-камера, соединенная с персональным компьютером USB проводом.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам для оценки адгезионных свойств разрушающих касательных напряжений герметиков, используемых в различных сферах промышленности и отраслях народного хозяйства.

Способ определения сопротивления раздиру раздирающим элементом изделия из полимера // 2698105

Изобретение относится к способу определения сопротивления раздиру раздирающим элементом изделия из полимера заключающемуся в том, что используют образец изделия из полимера, выполняют в образце изделия из полимера два сквозных отверстия, имеющие параллельные оси, формируют зону раздира постоянной толщины, расположенную между ближайшими друг к другу стенками сквозных отверстий, пропускают раздирающий элемент через сквозные отверстия в образце изделия из полимера с образованием ветвей раздирающего элемента, располагают ветви раздирающего элемента таким образом, что они не касаются стенок сквозных отверстий и их краев, из которых выходят ветви раздирающего элемента, перемещают раздирающий элемент относительно образца до завершения прохождения раздирающего элемента через зону раздира, измеряют приложенную к раздирающему элементу силу при его перемещении и рассчитывают сопротивление раздиру раздирающим элементом изделия из полимера как отношение силы, приложенной к раздирающему элементу при его перемещении, к толщине зоны раздира.

Способ контроля качества узла соединения керамического обтекателя // 2697858

Изобретение относится к наземным испытаниям элементов летательных аппаратов и может быть использовано в процессе контроля клеевых соединений оболочек вращения. Сущность: осуществляют силовое нагружение вдоль оси симметрии обтекателя через пуансон с упругой прокладкой, наружная поверхность, которого эквидистантна внутренней поверхности керамической оболочки, а высота взаимодействия пуансона с оболочкой относительно носка меньше половины расстояния между верхним срезом шпангоута и носком обтекателя, сдвиг оболочки измеряют относительно верхнего среза шпангоута минимум в трех точках, находящихся между собой на одинаковом расстоянии.

Комплект для ударных стержней для проведения экспериментов на динамический сдвиг // 2696359

Изобретение относится к экспериментальному оборудованию, а именно к дополнительной оснастке для установок, реализующих метод Кольского с разрезным стержнем Гопкинсона, обеспечивающей перевод сжимающей нагрузки в сдвиговую.

Способ определения однородности бетона в сечении бетонных и железобетонных конструкций // 2676853

Изобретение предназначено для определения неоднородности прочностных свойств бетона в конструкциях и снижения трудозатрат за счет упрощения отбора контрольных образцов, при возможности использования предлагаемого метода в густоармированных и тонкослойных конструкциях.

Способ определения механических характеристик строительной композитной арматуры и устройство для его осуществления // 2676558

Изобретение относится к способам и устройствам для определения механических характеристик строительной композитной полимерной арматуры любого типа: гладкой, обсыпной, обмоточной (профилированной).

Способ скалывания древесины вдоль волокон // 2675489

Изобретение относится к области физико-механических испытаний древесины при ее скалывании вдоль волокон и может быть использовано при проведении исследований древесины.

Устройство для исследования модуля деформации сыпучих материалов // 2665501

Изобретение относится к области технических средств и их элементов, предназначенных для определения механических характеристик сыпучих материалов в лабораторных условиях, в частности к устройствам для исследования деформативных характеристик сыпучих материалов, например песчаных грунтов.

Способ определения критического коэффициента интенсивности напряжений при поперечном сдвиге твердого тела // 2650613

Изобретение относится к способам определения критического коэффициента интенсивности напряжений при поперечном сдвиге, которое реализуется при резании твердого материала.

Устройство для определения предела прочности снежного покрова на лавиноопасных склонах // 2644445

Изобретение относится к устройствам для оценки механических и прочностных характеристик снежного покрова непосредственно в месте непосредственного залегания на лавиноопасных склонах горнолыжных комплексов.

Устройство и способ для определения перехода от слоя к слою подъемного стального троса // 2685742

Раскрывается устройство и способ определения перехода от слоя к слою стального подъемного троса. Устройство состоит из блока барабана, блока натяжителя троса, блока нагружателя троса и скользящего блока ходового винта.

Способ определения гистерезисных потерь крутильной системой при повышенных температурах // 2680976

Изобретение относится к области метрологии и может быть использовано при определении физико-механических свойств материалов и, в частности, коэффициента гистерезисных потерь материала в диапазоне температур до 360°С.

Устройство для определения коэффициента трения семян // 2679761

Изобретения относится к области измерительной техники. Устройство содержит основание, на котором расположены шаговый двигатель с возможностью точной настройки угла поворота и блок управления и мониторинга с индикационной панелью.

Способ определения коэффициента трения скольжения // 2677110

Изобретение относится к области механических испытаний материалов, в частности к определению коэффициента трения скольжения при взаимном перемещении образцов. Сущность: образец одного материала изготавливают в виде цилиндрического стержня, а из второго материала изготавливают образец, состоящий из двух частей с плоскими рабочими поверхностями, которые прижимают с противоположных сторон к цилиндрической части стержневого образца перпендикулярными к его оси усилиями R, обеспечивающими необходимое давление на контактных поверхностях.

Способ определения коэффициентов трения скольжения и покоя // 2672809

Изобретение относится к области механических испытаний материалов, в частности к определению коэффициента трения между образцами. Сущность: один из образцов, закрепляемый неподвижно, изготавливают с рабочей поверхностью, имеющей прямолинейную или вогнутую круговую форму.

Способ определения коэффициента трения при пластической деформации и устройство для его осуществления // 2671384

Изобретение относится к области изучения трения при обработке металлов давлением, в частности к способам и устройствам для изучения коэффициента трения при пластической деформации.

Установка для определения коэффициента трения // 2659179

Изобретение относится к измерительной технике для машиностроения, а именно к установкам для определения параметров трения кинематических пар. Установка для определения коэффициента трения содержит каретку с расположенной на ней исследуемой кинематической парой трения.

Способ определения коэффициента трения материалов // 2654901

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для определения коэффициента трения при пластическом деформировании листовых материалов в машиностроении, автомобилестроении, авиастроении и других отраслях промышленности.

Способ и система для оценки потенциального трения между шиной транспортного средства и поверхностью качения // 2654650

Настоящее изобретение относится к способу и системе (100) для оценки потенциального трения между шиной и поверхностью качения, согласно которым: строятся первая и вторая базовые кривые «трение контактного взаимодействия/кинематическая величина», соответственно соответствующие первой и второй опорным величинам μр1, μр2 потенциального трения, где μр2 > μр1; определяются первое и второе пороговые значения кинематической величины или первая и вторая пороговые величины трения контактного взаимодействия; определяется трение μ контактного взаимодействия между шиной и поверхностью качения; определяется текущее значение кинематической величины между шиной и поверхностью качения; определяется текущая рабочая точка, задаваемая трением μ контактного взаимодействия и текущим значением кинематической величины; текущее значение кинематической величины сравнивается с первым и вторым пороговыми значениями кинематической величины или соответственно трение μ контактного взаимодействия сравнивается с первой и второй пороговыми величинами трения контактного взаимодействия.

Устройство измерения коэффициента сцепления колес воздушных судов с покрытием взлетно-посадочных полос // 2647336

Устройство измерения коэффициента сцепления колес воздушных судов с покрытием взлетно-посадочных полос (ВПП) содержит несущую раму, опирающуюся на два несущих колеса, измерительное колесо, компьютерный пульт управления и индикации, независимый груз с рычагом, цепную передачу, тормозной генератор, датчик тока торможения, датчики угловых скоростей измерительного колеса и одного из несущих колес, систему автоматического управления скольжением измерительного колеса, независимую подвеску, пружинный амортизатор с демпфером, управляемый трехфазный выпрямитель переменного тока, нагрузочное сопротивление, тензометрическую систему, блок корреляции результатов измерения коэффициента сцепления покрытия с реальной характеристикой торможения колес приземляющегося воздушного судна.

Способ измерения содержания мыла в черном щелоке и аналитическая емкость // 2689525

Настоящее изобретение относится к аналитическому способу измерения содержания мыла в черном щелоке. Аналитический способ включает первый этап, на котором заданное количество черного щелока помещают в цилиндрически симметричную емкость, второй этап, на котором черный щелок в аналитической емкости центрифугируют и мыльный концентрат собирается в верхней части аналитической емкости, третий этап, на котором определяют количество мыльного концентрата, и четвертый этап, на котором рассчитывают содержание мыла.