CC BY
17
Науковий шспик НЛТУ Украши. - 2013. - Вип. 23.12
Билык Б.В., Шевченко Н.В. Моделирование вертикальных колебаний лесовозного автопоезда с учетом инерционных параметров пакета полухлыстов
Рассмотрена методика расчета момента инерции и координат центра массы пакета полухлыстов по данным его размеров и веса. Обоснована схема эквивалентной динамической модели для расчета вертикальных колебаний лесовозного автопоезда с двухосным балансирным роспуском и составлена математическая модель, описывающая вертикальные колебания автопоезда с учетом вертикально-угловых колебаний пакета древесины. Имитационным моделированием подтверждено влияние массы и длины пакета на показатели плавности хода автопоезда.
Ключевые слова: лесовозный автопоезд, роспуск, балансирная подвеска, момент инерции, вертикальные колебания, имитационное моделирование.
BilykB.V., ShevchenkoN.V. Simulation of vertical vibrations of logging train with the inertia parameters of the package trunks
We consider the method of calculating the moment of inertia and center of mass coordinates trunks packet according to its size and weight. Justified equivalent circuit of the dynamic model for the calculation of the vertical oscillations of logging train with a two-axle unsprung dissolution trailer and compiled a mathematical model that describes the vertical vibrations of the train car, including vertical angular vibration trunks package. Simulation modeling confirmed the influence of the mass and the length of the package on the performance trunks ride trains.
Keywords: logging combination, trailer, balance-suspension, time inertsshyi, vertical vibrations simulation.
УДК 666.3.135:667.637.4 Проф. М.М. Гивлюд, д-р техн. наук -
НУ "ЛьbeiecbKa полтехшка"; астр. Л.Б. Демидчук -Львiвська КА
ФАЗОВ1 ТА СТРУКТУРЫ ЗМ1НИ У ПРОЦЕС1 ФОРМУВАННЯ ЗАХИСНИХ ПОКРИТТ1В ПРИ НАГР1ВАНН1
Розглянуто питания фазових i структурних змш у процес формування захисних покритав шд час на^вання. Дослщжено закож^рност процеив взаемоди силщшор-гашчних сполук на осж^ наповнених шшметилфеншсилоксашв з оксидами-наповню-вачами та можливост !х застосування для високотемпературного захисту залiзобетон-них будiвельних конструкций.
Ключовi слова: захисне покриття, органосилiкатний матерiал, фазовi та структур-нi змiни, полiметилфенiлсилоксан.
Високотемпературний i вогневий захист металевих i бетонних конструкций полягае у створеннi на !х поверхнi теплоiзолювальних шшьних екрашв з низькою температуропровщшстю, якi здатш витримувати високi температури й iзолювати поверхню матерiалу вiд прямо!' до агресивних факторш, шо зменшуе ирогршання пiдкладки i значно збшьшуе реальну межу температуростiйкостi та зберiгае його функци за до високих температур протягом тривалого перiоду часу [1].
На цей час високотемпературний захист конструкцш проводять на осно-вi теxнiко-економiчного аналiзу iз врахуванням таких факторш: вiдповiдноí ме-жi температуростшкосп, типу конструкцií, умов ексилуатаид конструкций агре-сивностi навколишнього середовища, трудомкткосп робiт пiд час нанесення покриття [2]. Тому для високотемпературного захисту матерiалiв використову-ють покриття на основi наповнених полiорганосилоксанiв [3]. Шд час нагршан-
Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраУни
ня у покриттях вщбуваеться термоокисна деструкцiя оргашчних зв'язок iз змь ною IX структури.
Серед полiорганметалосилоксанiв видiляють полiмери, ланцюги молекул яких побудоваш з атомiв силiцiю, оксигену та алюмшго. 1х застосовують для виготовлення пластмас, якi можуть ефективно працювати за нагрiваннi до 573 К [4]. При термiчному розкладi у них зберп^аеться зв'язок 8ь0-А1. Нагрь вання вище вiд 523 К характеризуемся обмiном фенiльних i алюдних груп мiж алюмiнieм i снищем.
Основним продуктом термоокисно'1 деструкцп полiметилфенiлсилоксану е дрiбнодисперсний слабо кристалiзований силщш (IV) оксид, який виступае як "каркасоутворюючий" компонент, а в силшатних матерiалах е кислотним початком хiмiчних реакцiй при нагрiваннi. Тому, залежно вiд виду наповнювача у складi захисного покриття, можливе утворення нових силiкатних фаз.
Розглянемо послщовшсть процесiв взаемодii мiж компонентами покриття у процесi його формування в разi нагрiвання за допомогою комплексного термiчного аналiзу. На кривш ДТА (рис. 1) композицн полiметилфенiлсилок-сан-А1203-7г02-шамотний бiй зафiксовано 5 екзоефекпв з максимумами за 822, 918, 1045, 1395 та 1505 К.
Початок першого екзотермiчного ефекту та вщповщну втрату маси покриття можна вiднести до процесу термоокисно'1 деструкцп полiметилфенiлсилок-сану, що зумовлено вiдривом метильних радикалiв. На процес деструкцп метиль-них радикалiв накладаеться екзоефект деструкцп фенольних радикалiв з максимумами при 908 К i 1045 К. Деструкщя зв'язки завершуеться за температури 1075 К. Початок екзоефекту за 1275 К можна вщнести до структурних перетворень в ут-вореному кремнеземистому каркаш та початку кристалiзацii первинно'1 мулгтово! фази. Екзоефект з максимумом за 1395 К можна вдаести до кристалiзацil мулiту iз алюмшго оксиду i утвореного кремнезему, а за 1505 К - циркону. Втрата маси зразка в разi на^вання до температури 1673 К становить 19,3 мас.%.
Рис. 1. Комплексний термiчний аналiз наповненого А12О3,1т02 та шамотним боем полтетилфетлсилоксану
1323 1673 Температура, К
Рис. 3. Термограма та крива втрати маси наповненого А12О3,1т02
полШетилфенигсилоксану з додатком 10 мас. % каолту
Науковий вкник НЛТУ Украши. - 2G13. - Вип. 23.12
Резyльтaти ДТА пiдтвеpджyються pенгенофaзовим aнaлiзом (pис. 2).
58 52 46 40 34 28 22 16 2 Э°
Рис. 2. Дифрактограми наповненого А12О3, ZrO2 та шамотним боем полiмeтилфeнiлсилоксану в разi нагрiвання до температури:
1) вихгдний; 2) 1073 К; 3) 1373 К; 4) 1773 К
Дифpaктогpaмa дослiджyвaноï композицп до нaгpiвaння свщчить ^о np^yraicTb a-Al203 (d/n = 0,347; 0,254; 0,237; 0,208; 0,160 нм), ZrO2 (d/n = 0,369; 0,316; 0,283; 0,264; 0,254; 0,184 нм) Ta мулга (d/n = 0,537; 0,336; 0,211 нм), який e сктадовою шaмотного бою Ta кpистобaлiтa (d/n = 0,405 нм). Haгpiвaння до темпеpaтypи 1073 К (xpma 2, p^. 2) пpиводить до пiдвищення штенсивносп pефлексiв a-Al203 ZrO2 зa paxyroK збiльшення ïx вмiстy y зpaзкy внaслiдок теpмоокисноï дестpyкцiï зв'язки.
Шдвищення темпеpaтypи до 1373 К веде до появи дифpaкцiйниx мaкси-мyмiв з d/n = 0,537; 0,336; 0,211 нм, яю вiдповiдaють мулпу. Haгpiвaння до тем-пеpaтypи 1573 К сyпpоводжyeться зменшенням iнтенсивностi pефлексiв а-Al203 i yтвоpенням в системi ß - кpистобaлiтy (d/n = 0,405 нм). У pasi нaгpiвaн-ня до темпеpaтypи 1773 К y системi пpоxодить повта взaeмодiя кpемнеземy, а-Al203, ZrO2 з yтвоpенням мyлiтy i ц^кону. Рефлекси ß - кpистобaлiтy зни^ють повнiстю (кpивa 4, pис. 2).
^оведеними дослщженнями встaновлено, що в paзi нaгpiвaння тапов-неного Al203, ZrO2 тa шaмотним боeм в т^в^ темпеpaтyp 573... 1045 К вщ-бyвaeться дестpyкцiя зв'язки з yтвоpенням високодиспеpсного aмоpфного ^ем-незему. Зниження темпеpaтypи зaвеpшення дестpyкцiï зв'язки та 165 ipa^^ можнa пояснити кaтaлiтичною дieю нaповнювaчa нa полiметилфенiлсилоксaн. Haгpiвaння покpиттiв зa темпеpaтypи вище вiд 1285 К сyпpоводжyeться утво-pенням мyлiтy i ß - ^^тоб^иу, a подгльше нaгpiвaння вище вщ 1573 К суп-pоводжyeться кpистaлiзaцieю циpконy тa iнтенсивним зменшенням aж до зник-нення ß - кpистобaлiтa.
Пpи введеннi до сктаду покpиття попеpеднього склaдy в'яжучого гаоль ну нa теpмогpaмi зaфiксовaно aнaлогiчнi фiзико-xiмiчнi пpоцеси з додaтковим нaклaдaнням нa них теpмiчниx ефеклв глинисто'1 склaдовоï. Ha кpивiй ДТА фис. 3) поpiвняно з pra. 1 нaклaдaeться ендоефект в т^в^ темпеpaтyp 823... 1073 К дегiдpaтaцiï кaолiнy, який пpизводить до послaблення зв'язку мiж iонaми y ^ист^чни гpaтцi кaолiнiтy. У paзi подaльшого нaгpiвaння yтвоpено-
Нащональний лicoтexнiчний yнiвepcитeт Укpaïни
го метaкaолiнiтy (Al203 • 2SiO2) з'являeтьcя гоcтpий екзотеpмiчний пiк зa 1253 К i в cиcтемi з'являeтьcя теpмодинaмiчно бiльш cтiйкa фaзa зa paxyнок вщновлен-ня s-, p- зв'язюв кpиcтaлiчноï гpaтки, a caме - мулт Haявнicть оcтaннього cтaбi-лiзye кpиcтaлiчнy cтpyктypy покpиття, що веде до збшьшення теpмоcтaбiльноc-тi мaтеpiaлy y пpоцеci нaгpiвaния-оxолоджения.
Подaльше нaгpiвaння покpиття до темпеpaтypи вище ввд 1573 К веде до yтвоpення в його cклaдi циpконовоï фaзи. Тpебa зaзнaчити, що втpaтa мacи зpaзкa cтaновить 24,2 мac. %, що нa 4,9 мac. % вишд вiд попеpеднього зa paxy-нок дегiдpaтaцiï кaолiнy. Вcтaновлено, що в pasi нaгpiвaния нaповненого Al203, ZrO2 тa шaмотним боем полiметилфенiлcилокcaнy до темпеpaтypи 1285 К y cклaдi покpиття yтвоpюeтьcя мyлiтовa фaзa iз пpодyктiв теpмоокиcноï деcтpyк-цц зв'язки i Al203, вмicт яко1 зpоcтae зa нaгpiвaния вище вщ 1393 К зa paxyнок взaeмодiï нaповнювaчa iз cилiцiйкиcневим зaлишком. Циpконовa фaзa утво-pюeтьcя пpи теpмообpобленi вище вiд 1573 К.
Введення до cклaдy покpиття 10 мac. % кaолiнy cпpияe шдвищенню вмicтy мyлiтy в paai нaгpiвaння вище вiд 1233 К з метaкaолiнy i циpконy -1573 К. Haявнicть у покpиттi cклофaзи cпpияe pозчиненню у нiй yтвоpеного пpи pозклaдi метaкaолiнy ß - кpиcтобaлiтy. Зaмiнa чacтини окcидного шповню-вaчa нa кaолiн збiльшye вмкт мyлiтy, тa зменшуе вмicт ß - кpиcтобaлiтy. Aнaлi-зуючи фaзовий cклaд зaзнaчениx cклaдiв покpиттiв можта cтвеpджyвaти пpо можливicть ïx викоpиcтaння для виcокотемпеpaтypного зaxиcтy конcтpyкцiйниx мaтеpiaлiв пpи ïx нaгpiвaннi до 1773 К.
Для доcягнення виcокиx покaзникiв темпеpaтypоcтiйкоcтi, a оcобливо вогне- i теpмоcтiйкоcтi, поpиcтicть зaxиcниx покpиттiв повинш бути доcить ви-cокою (40...80). Цього можливо доcягнyти шлжом введення до cклaдy компо-зицiй для покpиттiв оpгaновмicниx компонентов - зв'язок, ят пpи нaгpiвaннi ви-пapовyютьcя, внacлiдок чого yтвоpюeтьcя поpизовaнa cтpyктypa мaтеpiaлy.
Фоpмyвaния пеpвинноï cтpyктypи зaxиcного покpиття пpоxодить у paai його зaтвеpдiння, a втоpинноï - зa дп виcокиx темпеpaтyp. В yмовax pеaльного нaгpiвaния зa знaчного гpaдieнтa темпеpaтyp (20. 120 гpaд/xв) у зaxиcномy шa-pi може пpоxодити швидке випapовyвaния зaлишкy толуолу, що зшчно впливae нa cтpyктypy мaтеpiaлy. Толуол, який викоpиcтовyють як pозчинник полiметил-фенiлcилокcaнy, починae випapовyвaтиcь в paai нaгpiвaния вище вiд темпеpaтy-pи 293 К, xочa темпеpaтypa його пapоyтвоpювaния cтaновить 383,6 К. Повеpxня зaxиcного покpиття е щшьною i твеpдою, a cеpединa знaxодитьcя у поpиcтомy cтaнi. Гaзи, яш yтвоpюютьcя пiд чac випapовyвaния, починaють cпyчyвaти зa-xиcний шap вт^щок неможливосп виxодy нa повеpxню, що ктотно впливae нa мiкpоcтpyктypy по^итта. Тому вaжливим е вивчення мiкpоcтpyктypи зaxиc-ниx покpиттiв зaлежно ввд ïx cклaдy, темпеpaтypи нaгpiвaния, гpaдieитa темпе-paтyp тa товщини.
Як видно з pro. 4, a, cтpyктypa по^Еття пpедcтaвленa щiльно cкpiплени-ми чacтинкaми окcидного нaповнювaчa piзноï фоpми тa конфiгypaцiï, apмовaноï волокнистими голкaми кaолiнового волокнa. Вмicт apмyючого кaолiнового во-локнa пpaктично не впливae нa мiкpоcтpyктypy покpиття ^и його фоpмyвaннi.
174
Збipник нayкoвo-тexнiчниx пpaць
Шуювий вкник НЛТУ У^ши. - 2G13. - Вип. 23.12
а б в г д
Рис. 4. Мiкpoстpуктуpа заxuснoгo пoкpuття у npo^d нагpiвання:
а) вихгдна; б) 573 К; в) 673 К; г) 773 К; д) 873 К
Haгpiвaння до темпеpaтypи 573 К веде до збтьшення mp^TOcri мaтеpi-aлy тa чacткового ущшьнення мiжпоpовиx пеpегоpодок (pиc. 4, б). У cтpyктypi зaxиcного покpиття ^жутт мiкpопоpи pозмipом 0,4.18 мкм, яю неpiвномip-но pозтaшовaнi зa його товщиною. Haявнicть у cклaдi зaxиcного покpиття га-олiнового волокнa пpоявляeтьcя у виглядi зaкiнчениx чacтинок, що пpоглядa-ютьcя у мiжфaзовомy пpоcтоpi. У paai збтьшення темпеpaтypи нaгpiвaння до 673 К у cтpyктypi зaxиcного покpиття зa paxyнок теpмоокиcноï деcтpyкцiï поль метилфенiлcилокcaнy фоpмyютьcя зaкpитi поpи, якi мaють pозмip 14.16 мкм, що може ютотно вплинути нa зaxиcнi влacтивоcтi покpиттiв (p^. 4, в).
Мiкpоcтpyктypa зaxиcного по^щ-тя в paai нaгpiвaння до темпеpaтypи 773 К (pиc. 4, г) пpедcтaвленa оплaвленим мaтеpiaлом, в якому знaxодятьcя гол-чacтi чacтинки оолтового волокнa, мyлiтоcилiмaнiтовоï фaзи, шaмотного бою тa зaлишки зеpен непpоpеaговaного обидного нaповнювaчa. Поpи iзольовaнi, ïx pозмip знaxодитьcя у межax 8.25 мкм. Подaльше нaгpiвaння зaxиcного пок-prnr^ до темпеpaтypи 873 К фиа 4, д) веде до чacткового ущтьнення зa paxy-нок взaeмодiï компонентiв нaповнювaчa iз cилiцiйкиcневим зaлишком, вта^ь док чого yтвоpюютьcя xaотично pозтaшовaнi по вciй повеpxнi по^и-ття мулио-cилiмaнiтовa (голчacтa) тa циpконовa (плacтичнa) фaзи. Поpи у по^ити мaють зaзвичaй зaкpитий xapaктеp.
У paзi введення до cклaдy вш1дно'1 композицп кaолiнy мiкpоcтpyктypa пicля зaтвеpдiння не змiнюeтьcя. Вiдомо, що тд чac нaгpiвaння зaxиcного пок-pиття зa paxyиок видaлення зaлишкiв оpгaнiчного pозчинникa тa yтвоpення га-зоподiбниx пpодyктiв теpмоокиcноï деcтpyкцiï полiметилфенiлcилокcaнy вщбу-вaeтьcя yтвоpення поp piзноï конфiгypaцiï i pозмipiв, якa зaлежить вщ товщини покpиття, гpaдieнтa тa темпеpaтypи нaгpiвaння.
Ми вивчили вплив товщини зaxиcного покpиття нa покaзник його зa-гaльноï поpиcтоcтi зa нaгpiвaння до темпеpaтypи 873 К (rap^ теpмоокиcноï деcтpyкцiï полiметилфенiлcилокcaнy). Вcтaновлено фиа 5), що мiнiмaльне збтьшення по^зни^ зaгaльноï поpиcтоcтi зaxиcного покpиття (6.16 %) ^о-xодить у paai його нaгpiвaння до темпеpaтypи 573 К i товщини 400.600 мкм, зaлежно вщ cклaдy.
Для зaxиcного покpиття товщиною 600 мкм вcтaновлено зaлежнicть по-кaзникa зaгaльноï mp^TOCTi вiд темпеpaтypи нaгpiвaння (pиc. 6). У paai rnipi-вaння по^итта до темпеpaтypи 513 К поозник зaгaльноï поpиcтоcтi cтaновить 2 % зa paxyнок випapовyвaння зaлишкy pозчинникa. Пiднiмaння кpивиx зaлеж-ноcтi по^зни^ поpиcтоcтi пpи нaгpiвaннi вище вщ темпеpaтypи 623 К пpоxо-
3. Тexнoлoгiя xa ycтaткyвaння лicoвиpoбничoгo roM^neroy
175
Нащональний лкотехшчний унiверситет Укра'ни
дить за рахунок проце^в термоокисно'' деструкцп полiметилфенiлсилоксану. Максимальне значення загально'' пористостi знаходиться при на^вант до тем-ператури 753 К (максимум процесу деструкцп). Слщ вiдзначити, що мiнiмальне значення загально'' пористостi (28,3) мае покриття складу 6.
Рис. 5. Запежшсть мказшш загалшм риа 6. Залежтсть показника загальноГ шристост dd т°ащини ^жмы nopucmocmi захисного покриття eid покРиття (штдюсть ^рШшя температури нагрiвання (Т):
20 град/хв.): j) скл<2ду 2; 2) сюкзду 5; j) складу 2; 2) складу 5; 3) складу 6
3) складу 6
Шдвищення температури на^вання вище вщ 753 К веде до зменшення показника пористоси внаслщок перебпу процесiв взаемодií мiж компонентами iз утворенням нових силшатних фаз, якi ущiльнюють структуру матерiалу за рахунок спiкання.
Висновки. При нагрiваннi покриттiв проходить взаемодiя мiнерального залишку зв'язки з наповнювачем з утворенням температуростiйких муитово'* та цирконово' фаз при температурi вщповщно 1373 К та 1523 К. Введення до складу покритлв каолiну в кiлькостi 7,5... 10,0 мас. % знижуе температуру мулгго-утворення до 1270 К. Шамотний бiй виступае у якостi шертного наповнювача.
Встановлено, що пористiсть захисного покриття зростае з тдвищенням температури нагршання та знаходиться в межах 36...44 % при температурi 823 К. Методами фiзико-хiмiчного аналiзу встановлено, що розроблеш склади покриттiв можна рекомендувати для захисту металевих та залiзобетонних будь вельних конструкцiй вщ дп високих температур.
Лiтература
1. Mackenzie J. Ceramics processing research laboratory / J. Mackenzie // Ceram. Jap. - 1992. -Vol. 27, № 1. - Pp. 52-53.
2. Бережной А С. Физико-химические системы тугоплавких неметаллических и силикатных материалов / АС. Бережной, Я.Н. Питак, А.Д. Пономаренко, Н.П. Соболь. - К. : Изд-во УМК ВО, 1992. - 171 с.
3. Полифункциональные элементоорганические покрытия / под общ. ред. А. А. Пащенко. -К. : Вид-во "Вища шк.", 1987. - 198 с.
4. Смченко IB. Шляхи регулювання властивостей оксидно! керамши, одержано! i3 напов-нених силщшоргатчних композицш / IB. Смченко, М.М. Гивлюд // Вюник Донецького держав-
Науковий шспик II.ЛТ У Украши. - 2013. - Вип. 23.12
ного ушверситету економши i торгiвлi iM. М. Туган-Барановського. - Сер.: Техшчш науки. -2006. - № 1. - С. 148-152.
Гивлюд М.М., Демидчук Л.Б. Фазовые и структурные изменения в процессе формирования защитных покрытий при нагревании
Рассмотрены вопросы фазовых и структурных изменений в процессе формирования защитных покрытий при нагревании. Исследованы закономерности процессов взаимодействия силицийорганических соединений на основе наполненных полиметилфе-нилсилоксанов с оксидами-наполнителями и возможности их использования для высокотемпературной защиты железобетонных строительных конструкций.
Ключевые слова: защитное покрытие, органосиликатный материал, фазовые и структурные изменения, полиметилфенилсилоксан.
Gyvlud M.M., Demydchyk L.B. Phase and structural changes in the process of forming of sheeting at heating
The questions of phase and structural changes are considered in the process of forming of sheeting at heating. Conformities to the law of processes of co-operation of the organic links connections are investigational on the basis of gap-filling polymetilphenilsiloxans with oxides and possibilities of their use for high temperature defence of reinforced-concrete build constructions.
Keywords: sheeting, organic links material, phase and structural changes, polymetilphe-nilsiloxan.
УДК 663.532:621.928.1-047.58 Проф. В. €. Зубков, д-р техн. наук -
Луганський НУ М Тараса Шевченка
МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ СЕПАРАЦН КОРЕНЕБУЛЬБОПЛОДШ У ГОРИЗОНТАЛЬНОМУ БЛОКОВАНОМУ ПСЕВДОЗР1ДЖЕНОМУ ШАР1
Розроблено схему безперервного технолопчного процесу сепараци коренебуль-боплодiв у блокованому псевдозрщженому шарi (БПШ). Виконано математичне та ек-спериментальне моделювання процесу руху тша у стацюнарному БПШ. Визначено величину технолопчного коридору, в iнтервалi якого можливе повне вщокремлення коре-небульбоплодiв вщ рiвновеликих домшок.
Ключовi слова: моделювання, сепарацш, коренебульбоплоди, домшки, блокова-ний псевдозрщжений шар (БПШ)
Постановка проблеми. Мехашзована технолопя виробництва корене-бульбоплодiв, що базуеться на машинах шдкопуючого типу, проблематична тим, що до прибираючого вороху, разом iз коренебульбоплодами, потрапляе значна кiлькiсть грунтових грудок i каменiв, вiдокремлення з вороху яких найчастше здiйснюеться вручну [1].
Аналiз останн1х дослщжень i публiкацiй. У крашах, де обробляеться картопля, зареестровано авторськi свiдоцтва та патенти, проведено значну кшь-ккть дослiджень, спрямованих на створення робочих оргашв для вiддiлення бульб ввд грудок грунту i каменiв. Розроблено та експлуатуються сепаратори декiлькох титв [1-4], однак вони всi з тих чи шших причин не набули широкого практичного застосування.
Найбiльшу увагу вчених i конструкторiв привертають способи i технiчнi засоби, що реалiзують вiдмiннiсть за щшьнктю подiлюваних компонентiв. Одним iз перспективних е споаб вiдокремлення коренебульбоплодiв вiд грунто-
