реферат скачать
 

Обзор методов и способов измерения физико-механических параметров рыбы

Обзор методов и способов измерения физико-механических параметров рыбы

Калининградский Государственный Технический Университет

Реферат по дисциплине

Метрология и стандартизация

на тему:

«Обзор методов и способов измерения физико-механических параметров рыбы»

Выполнил:

Студент группы 01-АС-2

Хворостов К. А.

Калининград 2004

Содержание:

ПРЕДИСЛОВИЕ 3

УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТРЕНИЯ 3

КОЭФФИЦИЕНТЫ ТРЕНИЯ РЫБ 8

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ О КОЭФФИЦИЕНТАХ ТРЕНИЯ РЫБ 9

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕАЛЬНЫХ ТЕЛ 12

МЕХАНИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ, ОПИСЫВАЮЩИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕАЛЬНОГО ТЕЛА

13

СТРУКТУРНО МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЫБЫ 15

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ТЕЛА ПО РЕОЛОГИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ 17

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТА ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ ТЕЛА

РЫБ 18

ЖЕСТКОСТЬ РЫБЫ 19

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИЙ ОТРЫВА ВНУТРЕННОСТЕЙ РЫБ 23

ЛИНЕЙНЫЕ И ВЕСОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЫБ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК РЫБ 24

ПРЕДИСЛОВИЕ

Для создания и внедрения комплексно-механизированных линий по

обработке, фасовке и упаковке рыбы и морепродуктов, а также разработки

принципиально нового рыбообрабатывающего оборудования на основе достижений

науки и техники необходимо располагать данными о физико-механических,

реологических, прочностных и морфометрических характеристиках рыб.

В связи с изменением видового состава сырья возникает необходимость в

создании высокопроизводительного универсального оборудования. Новые

промысловые виды рыб отличаются от традиционных видов, как по форме, так и

по структурно-механическим характеристикам, поэтому требуется новый подход

к созданию рыбообрабатывающих машин.

В процессе обработки рыбы происходит взаимодействие между рыбой и

рабочими органами машин, а, следовательно, на рыбу действуют силы трения и

силы, вызывающие ее деформацию. Под действием этих сил в теле рыбы

возникают напряжения. Без знания закономерностей изменений фрикционных

характеристик рыб, деформаций и напряжений в теле рыбы, невозможно

выполнить теоретические расчеты, связанные с проектированием

рыбообрабатывающего оборудования. Установление таких закономерностей

связано с изучением фрикционных, реологических и прочностных характеристик

рыб.

Знание фрикционных, реологических и прочностных свойств сырья позволяет

решать не только конструкторские, но и технологические задачи, направленные

на повышение производительности труда и улучшение качества продукции.

Линейные и морфометрические характеристики рыб, а также координаты

центра тяжести и плотность рыб являются необходимыми данными для

конструирования рыбообрабатывающего оборудования и могут быть использованы

для оптимизации технологических процессов.

Определением линейных и морфометрических характеристик рыб занимались

практически все бассейновые научно-исследовательские институты и некоторые

конструкторские бюро, однако нет единой методики обработки

экспериментальных данных.

УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТРЕНИЯ

Исходя из общепринятых требований, конструкция экспериментальной

установки для исследования коэффициентов трения рыб должна быть как можно

проще и вместе с тем гарантировать достаточную надежность полученных

результатов.

Существует несколько различных схем экспериментальных установок для

исследования коэффициентов трения покоя и кинетических коэффициентов трения

рыб по твердым поверхностям. Довольно широкое распространение в рыбной

промышленности получил способ определения коэффициентов трения посредством

движения рыбы по наклонной плоскости. Однако результаты, полученные этим

способом, нельзя считать достоверными, поскольку трудно учесть

продолжительность неподвижного контакта рыбы с плоскостью, при этом

деформация тела рыбы происходит под действием нормальной составляющей силы

тяжести и, следовательно, отличается от деформации тела рыбы, находящейся

на горизонтальной плоскости. Деформация тела рыбы связана непосредственно с

площадью фрикционного контакта, от которой зависит сила трения.

Следовательно, данные, полученные на установке с наклонной и горизонтальной

плоскостями, будут различными.

Для исследования коэффициентов трения покоя чаще всего применяются

установки двух видов: установки, в которых перемещается рыба, и установки,

в которых перемещается исследуемая поверхность. Для исследования

кинетических коэффициентов трения необходимо, чтобы скорость относительного

перемещения рыбы изменялась в широком диапазоне.

Фиксирующая часть установки должна обеспечивать запись всего процесса

трения на пленку или ленту. Такая запись позволяет проанализировать процесс

трения, а также установить характер и сущность взаимодействий между рыбой и

исследуемым материалом.

Запись процесса трения можно осуществить, если в качестве

измерительного устройства использовать упругий элемент с небольшой

жесткостью и фиксировать непосредственно перемещение упругого элемента или

же выбрать упругий элемент значительной жесткости и его деформацию

записывать посредством тензодатчиков, усилителя и шлейфового осциллографа.

Запись процесса трения посредством тензодатчиков является наиболее

приемлемой, поскольку можно изменять чувствительность тензодатчиков в

широком диапазоне посредством тензоусилителя.

Установки для исследования коэффициентов трения покоя.

Схема установки для определения коэффициентов трения покоя представлена

на рис. 1. На столе 1 установлены направляющие 2, по которым перемещается

тележка 3. Перемещение те лежки осуществляется приводной станцией

посредством гибкой нити. Приводная станция состоит из двигателя постоянного

тока 4 и редуктора 5. На выходной вал редуктора насажен шкив 6. Один конец

нити закреплен к тележке, а другой к шкиву. Гибкая нить наматывается на

шкив и перемещает тележку. На тележку укладывают исследуемый материал, с

которым кон тактирует рыба.

[pic]

Рис. 1. Экспериментальная установка для исследования коэффициентов трения

покоя.

Гибкая нить 7 одним концом закрепляется к рыбе, огибает блок 8, а

другим концом крепится к пружинной балке 9 с наклеенными с двух сторон

тензодатчиками.

При включении двигателя тележка перемещается, а рыба остается

неподвижной. Под действием силы, необходимой для сдвига рыбы с места,

пружинная балка деформируется, и сигнал от тензодатчиков через

тензоусилитель 8АНЧ-7М 10 записывается осциллографом К-24 11.

Размеры пружинных балок выбирают в зависимости от предполагаемой

величины измеряемой силы. Нами применялись четыре сменные пружинные балки

со следующими размерами (? —толщина балки, мм; b — ширина балки, мм; l — вы

лет балки, мм):

|? = 2 мм; |b = 51 мм; |l = 63 мм; |

|? =1,2 мм; |b= 17 мм; |l = 90 мм; |

|? = 1 мм; |b = 11 мм; |l = 62 мм; |

|? = 0,5 мм; |b = 11 мм; |l = 50 мм. |

Установки для исследования кинетических коэффициентов трения рыб.

Под кинетическим коэффициентом трения рыб понимается коэффициент трения

скольжения рыб по соответствующему материалу.

В рыбообрабатывающих и транспортирующих машинах рыба перемещается

относительно рабочих органов и поэтому при проектировании новых, а также

при исследовании существующих машин для определения оптимальных параметров

необходимо располагать данными о силах трения скольжения.

Конструкция экспериментальной установки должна обеспечивать возможность

определения коэффициента трения скольжения между рыбой и соответствующей

поверхностью. В связи с тем, что сила трения зависит от скорости,

коэффициент трения скольжения будем называть кинетическим коэффициентом

Трения. Под кинетическим коэффициентом трения понимают отношений силы

трения скольжения при установившейся скорости движения к силе нормального

давления рыбы на плоскость.

Кинетические коэффициенты трения рыб можно исследовать на специальных

установках, описанных ниже. Первые две аналогичны установкам, применяемым

для исследования трения покоя. На этих установках можно исследовать

кинетические коэффициенты трения при малых скоростях скольжения. При

скоростях скольжения свыше 0,1 м/с выполнить соответствующие исследования

невозможно, поскольку длина плоскости скольжения практически не превышает 1

м и за столь короткий период времени не успевает сформироваться фрикционный

контакт, а, следовательно, сила трения скольжения будет величиной

переменной.

При скоростях скольжения свыше 0,1 м/с исследования силы трения

скольжения проводились на установке с вращающимся диском и установке

«Экспресс».

Установка с вращающимся диском. Схема установки представлена на рис. 2.

Установка состоит из электродвигателя постоянного тока 1, который через

приводную станцию 2 вращает диск 3. Приводная станция состоит из червячного

цилиндрического редуктора и ременной передачи со сменными шкивами. На

кронштейне 4 консольно закреплена пружинная балка 5 с двумя наклонными

тензодатчиками 6. Гибкая нить 7 крепится к пружинной балке 5, огибает

направляющий блок 8 и другим концом крепится к рыбе. Диаметр сменных дисков

3 равен 1 м. Они могут изготовляться из различных материалов (нержавеющая

сталь, оргстекло, винипласт, прорезиненная лента и т. д.).

[pic]

Рис. 2. Установка с вращающимся диском для исследования кинетических

коэффициентов трения.

В процессе проведения эксперимента сила трения между рыбой, находящейся

в неподвижном состоянии, и материалом вращающегося диска передается через

гибкую нить на пружинную балку с тензодатчиками, далее сигнал поступает на

тензостанцию и записывается шлейфовым осциллографом. Скорость вращения

диска регулируется путем изменения напряжения в обмотке возбуждения

двигателя и сменных шкивов ременной передачи. На установках такого типа

можно исследовать силы трения при скоростях скольжения от 0,1 до 2 м/с.

Преимущество установки этого типа заключается в том, что при сравнительно

небольших габаритах они позволяют исследовать силу трения между рыбой и

соответствующим материалом в широком диапазоне скоростей скольжения. Однако

установка, имеет и недостатки. Рыба, уложенная в процессе эксперимента на

вращающийся диск, находится в неподвижном состоянии, поэтому не подвержена

воздействию центробежных сил. Однако траектория относительного перемещения

отдельных точек тела рыбы состоит из окружностей разного диаметра, и, по-

видимому, элементарные силы трения будут в различных точках иметь разные

направления. В связи с этим необходимо исследовать погрешности, допускаемые

при замере суммарной величины силы трения.

Установка «Экспресс». Разработана С. И. Брилем и состоит из движущейся

наклонной плоскости, к которой крепится соответствующий материал 1 (рис.

3). Исследуемый образец (или рыба) является звеном параллелограммного

четырехзвенного механизма ABCD. Звенья механизма 3 и 4 являются гибкими

нитями. Плоскость движения механизма параллельна плоскости 1. При

исследовании трущейся пары плоскость 1 перемещается в направлении х—х с

постоянной скоростью v. Между плоскостью 1 и исследуемым образцом 2

возникает сила трения, увлекающая за собой образец 2.

[pic]

Рис. 3. Схема установки «Экспресс»

При этом гибкие звенья четырехзвенного параллелограмма отклоняются от

плоскости АтК на угол ?. Сила тяжести образца G стремится вернуть образец 2

в исходное положение. В некотором положении нитей наступает равновесие

механизма. Угол отклонения нитей в этом положении ? пропорционален

коэффициенту трения. Плоскость АтК перпендикулярна плоскости KmX и

параллельна силе тяжести G. Силы, действующие в установке, изображены на

рис. 4.

[pic]

Рис. 4. Силы, действующие в установке «Экспресс»:

а – фронтальная плоскость; б – нормальная плоскость

КОЭФФИЦИЕНТЫ ТРЕНИЯ РЫБ

Коэффициенты трения покоя рыб.

Опыты по определению коэффициентов трения покоя различных видов рыб по

поверхностям из различных материалов проводят на специальных

экспериментальных установках.

Сила трения между рыбой и различными поверхностями де формировала балку

с тензодатчиками и через тензоусилитель записывается шлейфовым

осциллографом на фотобумагу.

По осциллограмме процесса трения определяют силу трения покоя, т. е.

минимальную силу, необходимую для сдвига рыбы с места. Чем больше

продолжительность неподвижного контакта, тем больше сила трения.

Коэффициент трения покоя определяют как частное от деления силы трения на

силу нормального давления (силу тяжести при горизонтальной плоскости):

[pic] (1)

Так как коэффициент трения покоя зависит от нормального давления, т. е.

от силы тяжести рыбы, поэтому при проведении экспериментов подбирают рыб,

незначительно различающихся по массе. Однако даже при одинаковой массе рыб

коэффициенты трения покоя различаются. Для достоверности результатов

определяют необходимое число экспериментов по формуле

[pic] (2)

где t(p) — доверительный интервал; ? — доверительная оценка

погрешности; ? — среднее квадратичное отклонение.

|Таблица 1 |

|Коэф|Средн|?f = |?fi2 |

|фици|ее |fср- fi| |

|ент |значе| | |

|трен|ние | | |

|ия |коэфф| | |

|fi |ициен| | |

| |та | | |

| |трени| | |

| |я fср| | |

|0.22|– |+0.05 |0.0025 |

|0.23|– |+0.04 |0.0016 |

|0.34|– |–0.07 |0.049 |

|0.26|0.27 |+0.01 |0.0001 |

|0.31|– |–0.05 |0.0025 |

Необходимое число экспериментов можно определить следующим образом.

Сначала провести пять-шесть экспериментов и рассчитать доверительный

интервал, а затем уточнить необходимое количество измерений, исходя из

того, что уменьшение доверительного интервала в ? раз обеспечивает

увеличение количества измерений в ? 2 раз.

В табл. 1 приведены результаты опытов по определению коэффициен тов

трения покоя атлантической сельди по нержавеющей стали при

продолжительности неподвижного контакта, равной 10 с. Все эксперименты по

определению коэффициентов трения покоя проводились в зависимости от

продолжительности непод вижного контакта. Время неподвижного контакта

принималось равным 0, 10, 20, 30, 40, 60, 120, 180, 240-и 300 с. Как было

установлено, изменение силы трения практически происходит в интервале от 0

до 300 с. Коэффициенты трения покоя зависят от массы рыбы и температуры ее

тела. При проведении экспериментов брали рыб массой, наиболее характерной

для данного вида. Поскольку коэффициент трения покоя изменяется обратно

пропорционально корню кубическому из массы рыбы, то при изменении массы

рыбы в 1,5 раза коэффициент трения изменяется в 1,13 раза. Все эксперименты

проводили при температуре 10—12° С.

Кинетические коэффициенты трения рыб.

Кинетические коэффициенты вычисляются как частное от деления силы

трения на силу нормального давления. Силы трения определяются в зависимости

от скорости скольжения на экспериментальных установках, описанных в разделе

«Установки для исследования коэффициентов трения». Силы трения определяются

по осциллограмме для того момента, когда фрикционный контакт полностью

сформирован.

Анализируя осциллограмму процесса трения, можно еще раз убедиться в

том, что сила трения зависит от площади фрикционного контакта. В начальный

момент сила трения меньше, чем в конце; по мере формирования площади

фрикционного кон такта она увеличивается. Площадь фрикционного контакта при

движении формируется значительно быстрее, чем при покое. Ее формирование

практически заканчивается за 5—6 с. В интервале исследованных скоростей

будет иметь место полужидкостное трение.

В процессе взаимного перемещения между рыбой и соответствующим

материалом устанавливаются фрикционные связи, которые непрерывно возникают

и разрушаются. Количество установившихся связей зависит от относительной

скорости скольжения, формы тела рыбы (т. е. площади фрикционного кон такта)

и свойств исследуемого материала. Как правило, с увеличением скорости сила

трения, а, следовательно, коэффициент трения уменьшаются. Это объясняется

тем, что с увеличением скорости относительного перемещения уменьшается

количество связей между рыбой и исследуемым материалом, а, следовательно, и

коэффициентом трения. По-видимому, при скорости более 2 м/с имеет место

жидкостный режим трения, при котором с увеличением скорости воз растает

сила трения.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ О КОЭФФИЦИЕНТАХ ТРЕНИЯ РЫБ

Коэффициенты трения единичных экземпляров рыб.

Были проведены многочисленные исследования по определению коэффициентов

трения единичных экземпляров некоторых видов рыб по материалам, наиболее

часто используемым для изготовления рабочих органов рыбообрабатывающих

машин.

Экспериментальные исследования по определению коэффициентов трения и

кинематических коэффициентов трения про водили на установках, описанных в

разделе «Установки для исследования коэффициентов трения».

Опыты проводили только с размороженной рыбой. Для достоверности

результатов опыты по определению коэффициентов трения при одних и тех же

продолжительности неподвижного контакта и скорости повторяли 15—20 раз, а

затем определяли средние значения и средние квадратичные отклонения. По

сред ним значениям строили графические зависимости коэффициен тов трения

покоя от продолжительности неподвижного кон такта,

На рис. 5 представлены графические зависимости коэффициентов трения

Страницы: 1, 2, 3


ИНТЕРЕСНОЕ



© 2009 Все права защищены.