BADANIA WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA ZEWNĘTRZNEGO ZIARNA ZBÓś W FUNKCJI WILGOTNOŚCI

Transkrypt

1 InŜynieria Rolnicza 3/2006 Bronisława Barbara Kram Instytut InŜynierii Rolniczej Akademia Rolnicza we Wrocławiu BADANIA WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA ZEWNĘTRZNEGO ZIARNA ZBÓś W FUNKCJI WILGOTNOŚCI Wstęp Streszczenie Współczynniki tarcia zewnętrznego ziaren zbóŝ (pszenica ozima Almari i Rosa, pszenica jara Omega i Eta, Ŝyto Dańkowskie Złote i Motto, pszenŝyto ozime Presto i Malno, pszenŝyto jare Jago i Maja) wyznaczono na podstawowych materiałach konstrukcyjnych: stali, drewnie i gumie. Badane ziarno było nawilŝane od wilgotności W = 9% do W = 33%. Zmienność współczynników tarcia zewnętrznego w funkcji wilgotności na badanych podłoŝach opisują proste rosnące. NajniŜszy współczynnik tarcia wynosił µ = 99 (dla pszenŝyta Maja, na podłoŝu stalowym), a najwyŝszy µ = 999 (dla pszenicy Rosa na podłoŝu gumowym). Słowa kluczowe: współczynnik tarcia zewnętrznego, pszenica, Ŝyto, pszenŝyto, wilgotność, podłoŝe stalowe, podłoŝe drewniane, podłoŝe gumowe W takich procesach jak transport, czyszczenie czy sortowanie zjawisko tarcia jest waŝnym czynnikiem wpływającym na prawidłowość projektowania maszyn rolniczych i procesów technologicznych. Dla materiałów roślinnych problem jest skomplikowany ze względu na niejednorodność struktury, duŝą zmienność cech oraz rozmaity stan fizyczny [Ślipek i in. 987]. W wyniku wielu badań ustalono najwaŝniejsze czynniki wpływające na proces tarcia zewnętrznego, są to: wilgotność ziarna, droga tarcia, nacisk powierzchniowy i chropowatość materiału współpracującego [Molenda 987]. Ze względu na duŝą róŝnorodność materiałów roślinnych i ich róŝny stan fizyczny, zmienność współczynników tarcia jest bardzo duŝa, róŝnice dla tego samego materiału mogą wynosić nawet kilkaset procent [Byszewski, Haman 987]. $*(

2 5eba\fÄTjT 5TeUTeT >et` Materiał i metodyka Do badań uŝyto materiał siewny trzech gatunków zbóŝ o wilgotnościach początkowych W = 9% 3,3%. W celu uzyskania zakresu wilgotności w załoŝonym przedziale od W = 9% do W = 33%, materiał badany poddano nawilŝaniu. Pomiar współczynnika tarcia zewnętrznego przeprowadzono na równi pochyłej z regulowanym kątem pochylenia oraz moŝliwością wymiany podłoŝa. NawilŜone do odpowiedniej wilgotności ziarno umieszczano na wymiennych podłoŝach konstrukcyjnych (stal, drewno, guma) i mierzono kąt ustawienia równi pochyłej przy zsuwającym się ziarnie. Współczynnik tarcia zewnętrznego wyznaczono ze wzoru: gdzie: µ współczynnik tarcia zewnętrznego α kąt nachylenia równi Wyniki µ=tgα [-] () W wyniku badań określono wartość kątów tarcia zewnętrznego w zakresie wilgotności od 9% do 33% na trzech podłoŝach: gumowym, drewnianym, stalowym. Dla wyznaczonych wartości współczynników tarcia zewnętrznego obliczono równania prostych regresji. Zestawienie równań funkcji (oraz współczynników korelacji) opisujących wpływ wilgotności na współczynniki tarcia zewnętrznego poszczególnych odmian zbóŝ przedstawiono w tabeli a graficzne ilustracje tych zaleŝności na rysunkach, 2 i 3. W tabeli 2 przedstawione są wielkości współczynników tarcia dla skrajnych wilgotności ziarna oraz procentowy wzrost wielkości tych współczynników. Jak wynika z badań, współczynnik tarcia zewnętrznego zaleŝy przede wszystkim od wilgotności ziarna, następnie od rodzaju podłoŝa i odmiany zboŝa. Wzrost wilgotności od W=0% do wilgotności W = 30% powoduje zwiększenie współczynnika tarcia nawet o 6,26% (ziarno pszenicy Rosa na podłoŝu stalowym ). jest podłoŝem, na którym przy kaŝdej wilgotności i dla wszystkich przebadanych odmian zbóŝ, współczynnik tarcia osiąga najwyŝsze wartości (rys., 2, 3 ). NajniŜsze wartości współczynnika tarcia zewnętrznego występują na podłoŝu stalowym ale tylko do pewnej wilgotności charakterystycznej dla kaŝdej odmiany (dla pszenicy W = 8,% 20.84%, dla Ŝyta W = 20,03% 2,84% i pszenŝyta W = 8,9% 25,05%). Po przekroczeniu tych charakterystycznych wilgotności współczynnik tarcia zewnętrznego jest najniŝszy na podłoŝu drewnianym (rys., 2, 3). $*)

3 5TWTa\T jfcçävmlaa\^t gtev\t!!! Tabela. Zestawienie równań funkcji opisujących wpływ wilgotności na współczynnik tarcia zewnętrznego Table. Coefficient of external friction in moisture function regression equation Gatunek zboŝa Pszenica ozima Pszenica jara śyto ozime PszenŜyto ozime PszenŜyto jare Odmiana Almari Rosa Omega Eta Dańkowskie Motto Presto Malno Jago Maja Materiał konstrukcyjny podłoŝa Postać równania funkcji µ g =42+0,075W µ d =326+0,07W µ s =0,0992+0,0235W µ g =639+0,022W µ d =666+0,088W µ s =0,07+0,0296W µ g =395+0,075W µ d =79+0,06W µ s =0, W µ g =745+0,082W µ d =820+0,068W µ s =6+0,0232W µ g =739+4W µ d =55+0,0074W µ s =0+0,077W µ g =629+0,0079W µ d =089+0,0092W µ s =807+0,056W µ g =608+0,0204W µ d =577+0,072W µ s =0,890+0,0244W µ g =87+0,094W µ d =786+0,044W µ s =+0,0235W µ g =620+0,0202W µ d =536+0,029W µ s =0,043+0,0244W µ g =620+0,0202W µ d =244+0,056W µ s =0,089+0,020W Współczynnik korelacji r $**

4 5eba\fÄTjT 5TeUTeT >et` Tabela 2. Współczynnik tarcia zewnętrznego dla wilgotności ziarna W=0% i W=30% Table 2. Coefficient of external friction for moisture W=0% and W=30% Gatunek zboŝa Odmiana Materiał konstrukcyjny podłoŝa Współczynnik tarcia zewnętrznego µ[-] dla wilgotności ziarna W=0% W=30% Procentowy przyrost współczynnika tarcia [%] Pszenica ozima Almari Rosa ,80 84, ,62 82,7 6,26 Pszenica jara Omega Eta ,96 67, ,4 74,67 6,55 śyto ozime Dańkowskie Motto ,92 34,49 5,27 24,6 36,73 7,44 PszenŜyto ozime Presto Malno ,24 64,92 2,70 75,68 68,5 35,02 PszenŜyto jare Jago Maja ,63 53,46 40, 7,63 82,00 42 $*+

5 5TWTa\T jfcçävmlaa\^t gtev\t!!! W s p ó łc z y n n ik t a rc ia z e w. µ [ - ] ALMARI W s p ó łc z y n n ik ta rc ia z e w. µ [-] ROSA W s p ó łc z y n n ik ta rc ia z e w. µ [-] OMEGA W s p ó łc z y n n ik ta rc ia z e w. µ [-] ETA guma drewno stal Rys.. Fig.. Wpływ wilgotności na współczynnik tarcia zewnętrznego na podłoŝach: gumowym, drewnianym i stalowym dla badanych odmian pszenicy Influence of moisture content (w.b) on the coefficient of external friction of wheat grain for different bases rubber, wood and steel $*,

6 5eba\fÄTjT 5TeUTeT >et` W s p ó łc z y n n ik ta r c ia z e w. µ [-] PRESTO W s p ó łc z y n n ik ta r c ia z e w. µ [-] MALNO W s p ó łc z y n n ik ta rc ia z e w. µ [-] JAGO W s p ó łc z y n n ik ta r c ia z e w. µ [-] MAJA guma drewno stal Rys. 2. Fig. 2. Wpływ wilgotności na współczynnik tarcia zewnętrznego na podłoŝach: gumowym, drewnianym i stalowym dla badanych odmian pszenŝyta Influence of moisture content (w.b) on the coefficient of external friction of triticale grain for different bases rubber, wood and steel $+#

7 5TWTa\T jfcçävmlaa\^t gtev\t!!! W s p ó łc z y n n ik ta r c ia z e w. µ [-] DAŃKOWSKIE ZŁOTE W s p ó łc z y n n ik t a rc ia z e w. µ [ -] MOTTO guma drewno stal Rys. 3. Fig. 3. Wpływ wilgotności na współczynnik tarcia zewnętrznego na podłoŝach: gumowym, drewnianym i stalowym dla badanych odmian Ŝyta Influence of moisture content (w.b) on the coefficient of external friction of rye grain for different bases rubber, wood and steal Na wszystkich podłoŝach ziarno badanych odmian Ŝyta osiąga najniŝsze wartości współczynników tarcia zewnętrznego a ziarno odmiany Motto na podłoŝu drewnianym tylko o 24,6% zwiększa wartość współczynnika tarcia zewnętrznego (przy wzroście wilgotności od W=0% do W=30% ). Wnioski. ZaleŜność współczynników tarcia zewnętrznego od wilgotności ziarna moŝna opisać funkcjami prostoliniowymi rosnącymi µ = a+bw. 2. Największe wartości współczynnika tarcia zewnętrznego występują na podłoŝu gumowym. 3. Dla przebadanych odmian zbóŝ najwyŝszymi współczynnikami tarcia charakteryzuje się pszenica ozima Rosa, natomiast najniŝsze współczynniki tarcia są charakterystyczne dla Ŝyta Motto. Bibliografia Byszewski W, Haman J Gleba Maszyna Roślina, PWN Warszawa. $+$

8 5eba\fÄTjT 5TeUTeT >et` Molenda M Pomiar siły tarcia zewnętrznego warstwy ziarna pszenicy i pojedynczych ziarniaków o powierzchnię metalową, ZPPNR z Ślipek Z., Frączak J., Złobecki A Pomiar siły tarcia zewnętrznego materiałów roślinnych, ZPPNR z. 32. RESEARCH ON THE COEFFICIENT OF EXTERNAL FRICTION OF CORN GRAIN IN HUMIDITY FUNCTION Summary The coefficient of external friction of cereals grain (winter wheat Almari and Rosa, spring wheat Omega and Eta, rye Dańkowskie Złote and Motto, winter triticale Presto and Malno, winter triticale Presto and Malno, spring triticale Jago and Maja) was determined for three major materials: steel, wood and rubber. The grain was wetted in special containers in order to attain the moisture levels within 0%-32%. The values of external friction coefficient have the from of linear regression and show the relationship between the coefficient of external friction and moisture levels. The smallest coefficient of external friction (µ = 99) was for triticale Maja for steel base, and the highest (µ = 999) was for wheat Rosa for the rubber base. Key words: coefficient of external friction, wheat, rye, triticale, moisture, steel base, wood base, rubber base $+%