РОЗДІЛ 2
ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Дослідження фракційної й адгезійної характеристик сипких матеріалів
У багатьох роботах закордонних і вітчизняних учених підтверджується залежність
коефіцієнта тертя від гранулометричного складу сипучої маси: зі зменшенням
розміру часток збільшується значення коефіцієнта тертя. Однак цей факт
пояснюється проявом адгезійного зв'язку високодисперсних часток із контактуючою
поверхнею, а не підвищеними фракційними властивостями часток.
Фракційні властивості сипких матеріалів характеризує коефіцієнт зовнішнього
тертя м, який визначали на лабораторній установці (рис.2.1).
Сила тертя F, що є основною характеристикою процесу тертя двох поверхонь,
визначається їх взаємодією по площі істинного або фактичного контакту Sф . У
загальному випадку сила тертя є функцією тиску P, швидкості ковзання U,
температури T, тривалості контакту та ряду інших параметрів. На практиці часто
використовують питому номінальну силу тертя G, що називається напруженням тертя
і визначається відношенням сили тертя до площі номінального геометричного
контакту:
G = F / S. ( 2.1. )
Поширена ще одна характеристика, зокрема коефіцієнт тертя ѓт, що дорівнює
відношенню сили тертя до нормального навантаження N:
ѓт = F / N. ( 2.2. )
Разом з питомою силою тертя G користувались поняттям питомого нормального
навантаження:
P = N / S . ( 2.3. )
Найважливішими характеристиками процесу тертя є, безумовно , питома фактична
(істинна) сила тертя
Gф = F / Sф ( 2.4. )
та фактичний тиск
Pф = N / Sф. ( 2.5.)
Проте, ці характеристики використовуються досить рідко через те, що визначення
площі фактичного контакту пов’язане із певними труднощами.
З метою виявлення впливу швидкості ковзання U та питомого навантаження S на
коефіцієнт тертя під час руху сипких матеріалів по металу запропонована
лабораторна установка (рис.2.1).
Лабораторна установка складається з порожнього циліндра 2 діаметром 0,05 м. із
засипаним у нього дослідним матеріалом 1, притискного поршня 3, важелів 5,7,
набору металевих пластин різної ваги 4, диска 6, електродвигуна 13 з пасовою
передачею 11, реостата 14, динамометра 8, тахометра 12, вольтметра 10, станини
9. Циліндр 2 закріплений на важелі 5 таким чином, що зазор між циліндром 0,2-
0,5 мм. Рух диска 6 передається через пасову передачу 11 від електродвигуна 13.
Швидкість обертання електродвигуна змінюється за допомогою реостата 14 і
визначається тахометром 12.
Порядок виконання дослідів:
Наважку зразка засипали у циліндр і притискали поршнем.
Увімкнули електродвигун. Важіль з циліндром і наважкою вивели у положення,
перпендикулярне важелям 5 і 7. За допомогою динамометра, градувальна
характеристика якого наведена на рис.2.2, зафіксували значення сили тертя F, за
рахунок кількості змінних пластин зафіксували силу нормального навантаження N,
а за допомогою тахометра 12 – кутову швидкість диска W. Дані занесли до таблиці
результатів.
Рис.2.2 Градувальна характеристика динамометра
Повторили досліди, змінюючи при цьому силу нормального тиску і кутову швидкість
диска.
Опрацювання результатів досліду:
1. У таблицю результатів занесли покази динамометра z (число поділок),
тахометра n ( хв-1), вагу змінних пластин і поршня m (кг).
Визначили за градувальною характеристикою динамометра величину сили тертя F,
швидкість ковзання U = 2p n R? (м/с), кутову швидкість диска w = 2p n (рад/с),
нормальне навантаження N = g m (H).
Розрахували площу номінального геометричного контакту S зразка з диском.
За попередніми експериментальними даними коефіцієнт зовнішнього тертя борошна,
цукрової пудри і крохмалю на текстолітовій поверхні варіює у межах 0,318 -
0,362 ; 0,358 - 0,402 і 0,398 - 0,442 відповідно. Прийнявши розподіл
коефіцієнта тертя за нормальним законом, що буде доведено нижче, визначили
наближене значення середнього квадратичного відхилення відповідно до правила
"трьох сигм", як ум = (0,362 - 0,318)/6 = 0,0074.
Точність визначення коефіцієнта тертя залежить від точності виміру висоти Н
вимірювальною лінійкою. Прийнявши точність візуального виміру за допомогою
вимірювальної лінійки рівною 0,001 м, визначили точність виміру коефіцієнта
тертя Е = 0,004 на підставі наступних розрахунків :
М · L= H Н : L = м
0,34 ? 0,25 = 0,085 м 0,086 : 0,25 = 0,344
0,38 ? 0,25 = 0,095 м 0,096 : 0,25 = 0,384
0,42 ? 0,25 =0,105 м 0,106 : 0,25 = 0,424
Прийнявши значення надійності Р таким, що дорівнює 0,999, мінімальна кількість
дослідів для кожної серії досліджень експериментального значення коефіцієнта
тертя становить nkм = 37.
Діапазон вимірюваних величин розбитий на ряди для різних досліджуваних зв'язних
сипучих продуктів, інтервал яких підібраний таким чином, щоб розподіл значень
коефіцієнта тертя проходив у 8 - 10 розрядів. Це необхідно для підвищення
надійності визначення параметрів розподілу.
Результати визначення параметрів експериментального розподілу і відповідності
його нормальному розподілу Гаусса наведені в табл.2.1, де зазначені значення
коефіцієнтів асиметрії gS і ексцесу Е, центри розподілу коефіцієнта тертя м,
середні квадратичні відхилення у і ступінь відповідності експериментального
розподілу нормальному.
Таблиця 2.1
Параметри експериментального розподілу коефіцієнта тертя харчових продуктів по
поверхні
Досліджувані продукти
Відповідність
нормальному
розподіленню
Пшеничне борошно
0,13
0,29
0,34
0,0078
добре
Цукрова пудра
0,25
0,15
0,36
0,0073
добре
Картопляний крохмаль
0,3
0,17
0,42
0,0082
добре
Останні дані отримані при зіставленні експериментальних коефіцієнтів асиметрії
й екс