CC BY
38
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
elements. The calculations were executed by the Autodesk Inventor 2010 Beta program. The pilot studies of the stress condition at pure shift executed earlier were conducted by a polarization and optical method on a model made of optically active anisotropic material, which detains estimating the influence of anisotropy on the evenness of tension in the destruction zone.
The calculations having been carried-out showed that in case of big difference of tensions along-the-grain and cross-grain it is necessary to use rubber cushion 3-5 mm thick, thus unevenness of tension will be in a limit of 5 %. The analysis of the received results also shows that a decrease in the rigidity of a sample in the direction of the axial axis, the tension in the test portion of a sample comes nearer to a pure shift.
Key words: pure shift, anisotropy, strength, mechanical tests, numerical experiment.
References
1. Potashov O.E., Lapshin U.G., Abelson A.F. Drevesnostruzhechnye plity v konstruktsiyakh mebeli [Wood chipboards in furniture designs]. Moscow: 1978. 85 p.
2. Potashov O.E., Lapshin U.G. Mekhanika drevesnykhplit [Mechanics of wood boards]. Moscow: Forest industry, 1982. - 112 p.
3. Arkhipov A.S., Lapshin U.G., Tuluzakov D.V. Prochnost’drevesno-struzhechnykhplit v mebel’nykh konstruktsiyakh [The strength of wood chipboard in furniture designs. Journal of forest] 2012. No. 4, p. 106-108.
4. Ashkenazi E.K. Anizotropiya konstruktsionnykh materialov [Anisotropy of Structural Materials], 2edition , 1980, 248 p.
5. Goldenblat I.I., Kopnov VA. Kriteriiprochnosti anizotropnykh stekloplastikov [Criteria of strength of anisotropic fibreglasses] Moscow, Construction mechanics and calculation of constructions No. 5, 1965.
6. Tuluzakov V.V. Issledovanie chistogo sdviga drevesin [Research of pure shift of wood] Moscow, thesis Cand.Tech.Sci., 1969.
7. Arkhipov A.S., Lapshin U.G. OpredelenieprochnostiDStPpri chistom sdvige [Determination of strength of DSTP at pure shift]. Moscow state forest university bulletin - Lesnoj vestnik. 2011. No. 5. p. 87-90.
8. Zenkevich O., Morgan K. Konechnye elementy i aproksimatsiya [Final elements and approximation]. Moscow: Mir, 1986.
9. Prisekin V.L., Rastorguyev G.I. Osnovy metoda konechnykh elementov v mekhanike deformiruemykh tel [Bases of a method of final elements in mechanics of deformable bodys]. Novosibirsk: NGTU, 2010. 238 p.
10. Shimkovich D.G. Osnovy optimal’nogo proektirovaniya elementov konstruktsii lesnykh mashin [Bases of optimum design of elements of designs of forest machines]. Tutotial. Moscow: MGUL, 1990. 68 p.
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ РЕОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДСтП НА ЭТАПЕ ПРЕССОВАНИЯ
Д.В. ТУЛУЗАКОВ, доц. каф. технической механики МГУЛ, канд. техн. наук,
Б.Л. СПИРИН, ст. преп. каф. технической механики МГУЛ
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» 141005, Московская обл., г. Мытищи-5, ул. 1-я Институтская, д. 1, МГУЛ
Целью проводимых исследований является управление структурно-механическими характеристиками древесно-стружечного брикета и параметрами режима прессования для получения плит с заданными характеристиками прочности и жесткости, оптимизация стоимости изделия. Основная задача, которая решается в представленной работе, состоит в методике определения реологического уравнения для описания деформационного поведения древесностружечных плит на основе экспериментальных данных и теоретическихрасчетов. Для решения этой задачи необходимо определить деформационные характеристики стружечного брикета в процессе горячего прессования и получение графика распределения плотности по толщине материала, зависимости силового сопротивления стружечного брикета внешнему сжимающему давлению со стороны плит пресса во время прессования древесно-стружечных плит, а также величины распрессовки древесно-стружечной плиты после снятия внешнего давления со стороны плит пресса. Моделируемый объект рассматривается как пластина, наружные грани которой перемещаются в пространстве по вертикальной координате, а по времени - в соответствии с циклом, определяемым диаграммой прессования (сжатием и выдержкой материала в прессе). Предполагается, что в любой момент времени общая деформация является суммой четырех составляющих - упругой, вязкой или упруго запаздывающей, остаточной и температурно-влажностной. В работе приводится система уравнений, решение которой позволяет количественно описать реологические свойства древесного композита. Представлена экспериментальная установка на базе разрывной машины RZ-10/90, а также методика определения коэффициентов реологической модели древесно-стружечной плиты на этапе прессования, которая прошла апробацию. Приводятся графики давления со стороны плит пресса на древесно-стружечный брикет, графики распределения плотности по толщине материала, а также динамика изменения каждого из видов деформаций в процессе прессования. С учетом всех полученных экспериментальных данных были произведены расчеты коэффициентов реологической модели, доказывающие работоспособность описанной методики.
Ключевые слова: древесно-стружечные плиты, прочность, жесткость, плотность, давление.
Целью проводимых исследований является управление структурно-механическими характеристиками древесно-стружечного брикета и параметрами режима прессования для получения плит с заданными характерис-
тиками прочности и жесткости, оптимизация стоимости изделия.
Основная задача, которая решается в представленной работе, состоит в методике определения реологического уравнения для
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
31
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Рис. 1. Модель объекта исследований Fig. 1. Object Model Research
описания деформационного поведения ДСтП на основе экспериментальных данных и теоретических расчетов.
Для решения этой задачи нам необходимо определить:
- деформационные характеристики стружечного брикета в процессе горячего прессования и получение графика распределения плотности по толщине материала. От распределения плотности по толщине материала зависят как послойные, так и интегральные конечные физико-механические характеристики материала [1, 2]. Повышенная плотность в поверхностных слоях позволит нам иметь увеличенные характеристики прочности при изгибе, что хорошо для мебельных полок. Повышенная плотность в середине плиты увеличит способность держать крепежные элементы, что очень важно для стоек мебельных гарнитуров [3, 4];
- зависимости силового сопротивления стружечного брикета внешнему сжимающему давлению со стороны плит пресса во время прессования ДСтП [5];
- величины распрессовки древесностружечной плиты после снятия внешнего давления со стороны плит пресса.
Моделируемый объект рассматривается как пластина (рис. 1), наружные грани которой перемещаются в пространстве по вертикальной координате Х3, а по времени - в соответствии с циклом, определяемым диаграммой прессования (сжатием и выдержкой материала в прессе).
Перемещение внутренних слоев связано как со сближением плит пресса, так и с реологическими и структурными характерис-
тиками внутренних слоев, что и обуславливает в конечном итоге неравномерность распределения плотности по толщине плиты.
Ранее отмечалось [6], что в обобщенном виде среда, обладающая реологическими свойствами, описывается дифференциальным уравнением
, d d\ ru ud U ^ ^ ПЛ
(а.щ-+...+а—)сНЬЛТх^Ь,—)е. 0)
Следует отметить, что уравнение (1) с соответствующими начальными условиями может быть сформулировано для любой области реологии и является фундаментальным. Коэффициенты a0, ..., an, b0, ..., bm характеризуют свойства материала и в случае его нестационарного поведения будут зависеть от времени.
При расчете общей деформации мы исходим из следующего предположения - для материалов, в состав которых входят древесные частицы, в любой момент времени общая деформация является суммой четырех составляющих: упругой se(x), вязкой или упруго запаздывающей sv(x), остаточной sp(x) и температурно-влажностной s (х), т.е.
в(х) = se(x) + sv(x) + sJx) + sw(x). (2)
При выдерживании под нагрузкой упругая деформация со временем убывает. Предполагается, что длительный модуль упругости растет по мере роста остаточной деформации, т.е. происходит упрочение материала.
При снятии нагрузки мгновенно восстанавливается упругая часть деформации
six) =1/H • от(х) (3)
а затем в течение бесконечного времени происходит возврат вязкоупругой деформации sv(x). Дальнейшего роста остаточной деформации не происходит, т.е.
32
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
дер(* ) _0> если о = 0. (4)
Sr т
Остаточная деформация имеет ограниченный рост, определяемый фракционным составом, температурой и влажностью композита, степенью осмоления брикета, и составляет некоторую часть от общей деформации s(x)
£р(х) = Ъ ФХ (5)
где Ъ - поправочная функция, зависящая от перечисленных выше факторов.
Таким образом, количественная характеристика реологических свойств композита может быть получена из решения следующей системы уравнений
Ф) = \/Н(о%(х)) + sv(x) + Sp(x) + sw(x). (6)
Ф(* )
Эт
X ev<
0, ^
(7)
dep(x)JК2ъ\^-г(х )-гр{х )], ep<^-e(x), (g)
5т [О, ep=^e,(x) ,
H = Ho +Y-£p(*X (9)
где Кр К2, ц, Ъ, у - коэффициенты, значения которых являются функциями напряжения, влажности, температуры и которые подлежат определению на основе расчетов по экспериментальным данным.
При конкретных начальных условиях система уравнений (6-9) может быть решена, если задан закон деформирования s(x, т) = в(т) или закон нагружения материала о = о(т).
Для решения поставленных задач мы воспользовались экспериментальной установкой на базе разрывной машины RZ-10/90, которую ранее использовали для определения динамики прочностных характеристик плиты в процессе прессования [7, 8]. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 2. С целью получения записи силового сопротивления стружечного брикета (4) внешнему сжимающему давлению со стороны плит пресса во время прессования ДСтП к датчику силоизмерителя (11) разрывной машины было подключено АЦП (12), данные с которого записывались в соответствующей
программе на компьютере (14). Выходное напряжение датчика силоизмерителя изменялось по синусоидальному закону, амплитуда которого пропорциональна значению усилия. Поэтому перед АЦП был подключен выпрямитель для переменного тока. Коэффициент преобразования в программе компьютера определялся по образцовому силоизмерителю.
В качестве измерителей деформации использовались датчики линейных перемещений (9) ДПЛ-60 (индуктивные преобразователи линейного перемещения). В состав датчика входят катушки индуктивности, внутри которых перемещается металлический стержень, являющийся подвижным штоком датчика. При перемещении штока, связанного с объектом измерения внутри катушки, происходит изменение индуктивности последней, которое отслеживается согласующим устройством (13), соединенным с датчиком. Согласующее устройство определяет изменение индуктивности и формирует выходной сигнал с напряжением, пропорциональным величине линейного перемещения штока.
Поскольку изменение индуктивности катушки в зависимости от перемещения штока является нелинейной величиной, то для правильного преобразования изменения индуктивности в выходной сигнал датчик с согласующим устройством сначала калибровался, после чего в согласующее устройство записывалась градуировочная характеристика. Это производилось на специальном стенде, где перемещения штока задавались высокоточным микрометром и записывались соответствующие им значения индуктивности. Далее по найденным точкам определилась соответствующая аппроксимирующая зависимость, наиболее точно отражающая характер перемещений. В процессе измерений выходной сигнал подается на вход АЦП, преобразуется в цифровой код и в программе переводится в соответствующее ему значение перемещения, записываемого в соответствующей программе на компьютере (14).
На экспериментальной установке датчики перемещений крепятся винтами в отверстиях с двух сторон по оси встроенной балки (6), проходящей через центр нижней нагрева-
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 1/2015
33
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Рис. 2. Схема экспериментальной установки: 1 - верхний захват испытательной машины; 2 - верхняя нагревательная плита; 3 -верхний диск с консолями для упора штоков датчиков перемещений; 4 - древесно-стружечный брикет; 5 - поддон для формирования брикета; 6 - балка с консолями для крепления датчиков перемещений; 7 - нижняя нагревательная плита; 8 - нижний захват испытательной машины; 9 - датчики перемещений ДПЛ-60; 10 - силоизмеритель RZ10/90; 11 - датчик измерения усилия; 12 - аналого-цифровой преобразователь; 13 - согласующее устройство для датчиков перемещений; 14 - компьютер Fig. 2. Experimental setup: 1 - Upper seizure testing machine; 2 - Upper heating plate; 3 - The upper disc with consoles to stop rod displacement sensors; 4 - Wood chip briquettes; 5 - tray forming briquette; 6 - Beam with brackets for mounting to displacement; 7 - Lower heating plate; 8 - Lower grip testing machine; 9 - displacement sensor DPL-60; 10 - siloizmeritelej RZ10 / 90; 11 - The sensor measuring the force; 12 - Analog-to-digital converter; 13 - Consent device pickoff; 14 - Computer
тельной плиты с целью устранения влияния возможного перекоса верхней и нижней нагревательных плит друг относительно друга.
Штоки закрепленных датчиков перемещений в процессе проведения экспериментов упирались в специально изготовленную пластину в форме диска с консолями (3). Результатом
принималось среднее значение деформаций от показаний обоих датчиков перемещений.
Высушенные до стандартного влагосодержания (0,08) стружки были разделены на фракции при помощи ситоанализатора.
В качестве связующего использовалась карбамидоформальдегидная смола мар-
34
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Рис. 3. Типовые графики измерения деформаций древесно-стружечной плиты в процессе прессования Fig. 3. Typical graphics strain measurement of particle board during pressing
ки КФ-МТ с отвердителем 20 % водным раствором хлористого аммония. Смешивание смолы с древесными стружками осуществлялось на лабораторном смесителе.
При проведении экспериментов сформированный поддон с древесно-стружечным брикетом и помещенной на него сверху деталью с консолями устанавливался на нижнюю нагревательную плиту. При этом датчики перемещений заранее устанавливались в отверстиях встроенной балки (6) таким образом, чтобы их измерительные штоки упирались в консоли верхней пластины в форме диска
(3). Одновременно включались силовой двигатель испытательной машины, АЦП (12) и компьютер (14) для записи измерения усилий и деформаций сжимаемого образца. Прессование осуществлялось без дистанционных прокладок, а ограничение толщины брикета производилось посредством конечного выключателя, включенного в цепь силового двигателя испытательной машины.
По истечении заранее установленного времени склеивания древесных частиц включался реверс силового двигателя испытатель-
ной машины, верхняя нагревательная плита отводилась вверх, усилия со стороны нагревательных плит на древесно-стружечный брикет становились равными нулю, поэтому запись системы измерения усилий при этом прекращалась (деформация материала при этом продолжала регистрироваться).
В момент подъема верхней нагревательной плиты определялась мгновенная упругая деформация se(x), затем в течение нескольких минут (пока наблюдался некоторый рост рас-прессовки склеенных частиц) продолжалась запись вязкой или упруго запаздывающей sv(x) деформации образца, находящегося на нижней плите испытательной машины. Через несколько минут после снятия внешней нагрузки вязкая деформация практически переставала увеличиваться и, чтобы избежать некоторой усушки частиц от нагрева нижней нагревательной плиты, образец извлекался из установки. На образце в четырех точках микрометром продолжался замер толщины ДСтП во времени (до момента полной стабилизации размера) для окончательного установления упруго запаздывающей sv(x) и остаточной sp(x) деформаций образца.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
35
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Рис. 4. Давление со стороны плит пресса на древесно-стружечный брикет: а) Серия экспериментов № 1. Время смыкания нагревательных плит до толщины 16 мм - 18 секунд; б) Серия экспериментов № 2. Время смыкания нагревательных плит до толщины 16 мм - 60 секунд; в) Серия экспериментов № 3. Время смыкания нагревательных плит до толщины 16 мм - 100 секунд; г) Серия экспериментов № 4. Время смыкания нагревательных плит до толщины 16 мм - 150 секунд
Fig. 4. Pressure from the press platens at drevesnostruzhechnyh briquette: a) A series of experiments № 1. Time clamping heating plates to a thickness of 16 mm - 18 seconds; b) A series of experiments № 2. Time clamping heating plates to a thickness of 16 mm - 60 seconds; c) A series of experiments № 3. Time clamping heating plates to a thickness of 16 mm - 100 seconds; d) A series of experiments № 4. time clamping heating plates to a thickness of 16 mm - 150 seconds
Температурно-влажностная деформация древесно-стружечных плит sw(x) определялась ранее, и основные результаты представлены в работе [9].
Для определения изменения во времени составляющих общей деформации ДСтП (упругой sg(x), вязкой sv(x) и остаточной s^(x)) снятие внешней нагрузки с древесно-стружечного брикета осуществлялось в различные моменты времени прессования, как это показано на рис. 3. Промежуточный подъем верхней нагревательной плиты осуществлялся сразу после момента смыкания плит, затем через 180 и 300 сек. после
начала сжатия (прогрева) брикета. Время полного пребывания брикета между нагревательными плитами в испытательной машине до полного склеивания частиц рассчитывалось исходя из толщины древесно-стружечного брикета.
Для апробации методики были выбраны образцы с конечной интегральной плотностью древесно-стружечной плиты 700 кг/м3 при их толщине 16 мм. С целью изу-чениядинамикиформированияраспределения плотности по толщине материала (далее профиля плотности ДСтП) склеивание частиц в опытах осуществлялось до отдельных про-
36
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
а)
б)
в)
г)
д)
е)
ж)
900
800
700
600
5000
1000
900
800
700
600
500
10
12
14
16
Толщина плиты, мм
Толщина плиты, мм
Толщина плиты, мм
Толщина плиты, мм
Толщина плиты, мм
_____ Экс 1еримент № Эк °6 (серия № Г°1)
4 _ Экспер: [мент №6 серия №3)
^ ксперимент №6 (сери [ №4)
Толщина 18 плиты, мм
0
10
12
14
Толщина 16 плиты, мм
2
4
6
8
2
4
6
8
Рис. 5. Распределение плотности по толщине материала (профили плотности) опытных запрессовок: а) толщина 5j=48 мм (интегральная плотность pt= 233 кг/м3); б) толщина 52=36 мм (интегральная плотность р2= 311 кг/м3); в) толщина 53=28 мм (интегральная плотность р3= 400 кг/м3); г) толщина 54=24 мм (интегральная плотность р4= 467 кг/м3); д) толщина 55=20 мм (интегральная плотность р5= 560 кг/м3); е) толщина 56=18 мм (интегральная плотность р6= 622 кг/м3); ж) толщина 57=16 мм (интегральная плотность р7= 700 кг/м3)
Fig. 5. The density distribution across the thickness of the material (density profiles) and experienced press cycles) thickness 51 = 48 mm (integrated density p1 = 233 kg / m3); b) the thickness 52 = 36 mm (integrated density p2 = = 311 kg / m3); c) the thickness 53 = 28 mm (integrated density p3 = 400 kg / m3); g) thickness 54 = 24 mm (integrated density p4 = 467 kg / m3); d) the thickness 55 = 20 mm (integrated density p5 = 560 kg / m3); e) thickness 56 = 18 mm (integrated density p6 = 622 kg / m3); g) 57 = thickness of 16 mm (cumulative density p7 = 700 kg / m3)
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
37
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Рис. 6. Динамика изменения видов деформаций в процессе прессования (в долях от общей деформации): а) Серия экспериментов № 1; б) Серия экспериментов № 4 Fig. 6. Dynamics of species deformations during pressing (as a fraction of the total strain): a) A series of experiments number 1; b) A series of experiments number 4
межуточных значений толщин брикета, соответственно и интегральные плотности запрессовок получались различными.
Были выбраны следующие значения толщин запрессовок: = 48 мм (р2 = 233 кг/м3),
52 = 36 мм (р2 = 311 кг/м3), 5з = 28 мм (Рз = 400 кг/м3), 54 = 24 мм (р4 = 467 кг/м3), 55 = 20 мм (р5 = 560 кг/м3), 56 = 18 мм (р6 = 622 кг/м3) и 5? = 16 мм (р7 = 700 кг/м3).
Распределение плотности по толщине материала в опытных запрессовках определялись различными методами. При значениях плотности материала от 500 кг/м3 и выше - на лабораторной рентгеновской установке измерения объемного профиля плотности GreCon DA-X в заводской лаборатории Сергиево-Посадского завода древесно-стружечных плит.
При меньших значениях интегральной плотности запрессовок профиль плотности частично определялся на рентгеновской установке ДРОН-3 (МГУЛ) и, частично, методом сошлифовывания крайнего слоя ДСтП и взвешивания оставшейся части образца. Это связано с тем, что настройки рентгеновских установок не позволяли производить измерения при невысоких значениях плотности ДСтП.
Серия графиков на каждом рисунке (рис.
4) - это достижение во время смыкания плит
пресса разных толщин прессуемого материала. Чем быстрее смыкались нагревательные плиты, тем большие значения принимали максимальные давления на прессуемый материал в момент достижения заданной толщины плиты (пик диаграммы) и тем быстрее происходило снижение давления на ДСтП со стороны нагревательных плит после ограничения заданной толщины древесно-стружечной плиты. Максимальные пики диаграмм на графиках достигают значений - в первой серии экспериментов 2,8 МПа, во второй - 1,7 МПа, в третьей - 1,5 МПа, и в четвертой - 1,25 МПа (разница между максимумом и минимумом более чем в два раза).
На рис. 5 представлены графики распределения плотности по толщине материала. Конечная интегральная плотность всех плит (при толщине 16 мм) не изменялась и оставалась равной 700 кг/м3. Но для того, чтобы проследить, как в процессе прессования формируется профиль плотности, мы поэтапно склеивали частицы до отдельных промежуточных значений толщин брикета, соответственно как интегральные плотности запрессовок, так и графики профилей плотностей получались различными.
При коротком времени смыкания нагревательных плит поверхностные слои материала получаются наиболее плотными за счет
38
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
снижения плотности внутренних слоев. Это увеличивает механические характеристики материала при изгибе, а это является хорошим показателем для мебельных полок [1]. Если время смыкания нагревательных плит увеличивать, то плотность наружных слоев снижается, максимум плотности несколько смещается к центру плиты, плотность внутренних слоев возрастает. Показатели прочности при изгибе ДСтП при этом уменьшаются, а предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты растет. Более плотная центральная часть материала позволяет лучше удерживать крепежные элементы, что важно для стоек мебельных гарнитуров [4].
Динамика изменения каждого из видов деформаций в процессе прессования для серий экспериментов 1 и 4 представлена на рис. 6. По мере склеивания древесных частиц наибольший удельный вес вносит остаточная деформация, затем упругая и совсем незначительный - вязко-упругая деформации. Чем быстрее смыкаются нагревательные плиты при одинаковой толщине и плотности древесно-стружечных плит, тем быстрее снижаются как упругая, так и вязко-упругая деформация (мгновенный модуль упругости принимает более низкое значение) при сравнении с более медленным сжатием материала. Как мгновенная, так и упруго запаздывающая деформации уменьшаются по мере склеивания древесных частиц.
С учетом всех представленных экспериментальных данных были произведены расчеты коэффициентов реологической модели (6-9).
Серия экспериментов № 1 К = 0,987, К2 = 0,177, ц = 12,508, k = 0,4178, у = 21,762.
Серия экспериментов № 2 К = 0,902, К2 = 0,205, ц = 12,229, k = 0,4223, у = 14,291.
Серия экспериментов № 3 К = 0,850, К2 = 0,242, ц = 12,049, k = 0,4507, y = 7,75.
Серия экспериментов № 4 К = 0,805, К2 = 0,265, ц = 11,972, k = 0,4705, y = 4,816
Сегодня, в зависимости от значений и видов действующих нагрузок, мы можем просчитать (предъявить) требования к прочностным характеристикам тех или иных мебельных деталей [10, 11]. Полка, стойка или деталь фасада - понятно, что их прочностные характеристики должны быть различными. Поэтому дальнейшее направление нашей работы - это решение оптимизационной задачи, в которой в зависимости от требований к плитам различного назначения можно будет подобрать оптимальный состав и режимные характеристики при изготовлении материала.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ.
Библиографический список
1. Тулузаков, Д.В. Прочностные показатели древесностружечной плиты при изгибе в зависимости от ее профиля плотности / Д.В. Тулузаков // сб. научных трудов МЛТИ, Вып. 215, 1989. - С. 36-42.
2. Тулузаков, Д.В. Влияние распределения плотности и расхода связующего по толщине ДСтД на показатели прочности древесно-стружечной плиты / Д.В. Тулузаков, М.И. Васильев, В.Н. Осипова // сб. трудов МГУЛ, Вып. 290, 1998 - С. 44-46.
3. Лапшин, Ю.Г Напряжения в элементах структуры древесно-стружечных плит / Ю.Г. Лапшин, Д.В. Тулузаков, А.С. Архипов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник, 2009.
- № 2 (65). - С. 133-135.
4. Лапшин, Ю.Г. Прочность угловых соединений деталей корпусной мебели из древесно-стружечных плит / Ю.Г. Лапшин, Д.В. Тулузаков, А.С. Архипов // Вестник МГУЛ
- Лесной вестник, 2010. - № 6 (75). - С. 148-151.
5. Тулузаков, Д.В. Расчет динамики набора прочности ДСтП в процессе прессования / Д.В. Тулузаков, Ю.Г Лапшин // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. -1998 - № 1
6. Тулузаков, Д.В. Реологическая модель ДСтП на этапе прессования / Д.В. Тулузаков, Б.Л. Спирин // Вестник МГУЛ - Лесной вестник, 2006. - № 6 (48). - С. 122-127.
7. Тулузаков, Д.В. Экспериментальная установка для исследования прочности клеевого шва в процессе склеивания / Д.В. Тулузаков // сб. научных трудов МЛТИ, 1986. - Вып. 179. - С. 20-22.
8. Тулузаков, Д.В. Изменение прочности древесно-стружечной плиты в процессе прессования / Д.В. Тулузаков, А.К. Воскресенский // сб. научных трудов МЛТИ, 1990.
- Вып. 230. - С. 34-43.
9. Тулузаков, Д.В. Деформирование древесно-стружечных плит при изменении их влагосодержания / Д.В.Тулузаков, Б.Л. Спирин // Вестник МГУЛ - Лесной вестник, 2009. - № 2 (65). - С. 136-139.
10. Тулузаков Д.В. Определение оптимальных параметров древесно-стружечных плит в мебельных конструкциях / Д.В. Тулузаков, Ю.Г. Лапшин, А.И. Родионов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник, 2009. - № 3(66). - С. 80-81.
11. Архипов, А.С. Прочность древесно-стружечных плит в мебельных конструкциях / А.С. Архипов, Ю.Г. Лапшин, Д.В. Тулузаков // Лесной журнал, 2012. - № 4. -С. 106-108.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
39
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
METHOD FOR DETERMINING FACTOR RHEOLOGICAL MODELS CHIPBOARD DURING PRESS
Tuluzakov D.V., Assoc. Prof. MSFU, Ph.D (Tech.); Spirin B.L., Senior Lecturer MSFU
Moscow State Forest University (MSFU), 1st Institutskaya st., 1, 141005, Mytischi, Moscow reg., Russia
The purpose of the research conducted is the management of structural and mechanical characteristics of a wood chipboard and pressing mode parameters for receiving plates with the set characteristics of strength and rigidity, optimization of the cost of a product. The main problem solved in this work is a technique of definition of the rheological equation for the description ofdeformation behavior ofwood chipboards on the basis of experimental data and theoretical calculations. For the solution of this task it is necessary to determine the deformation characteristics of a wood chipboard during hot pressing and obtaining the schedule of density distribution by thickness of material, dependence of power resistance of a wood chipboard to the external squeezing pressure of press plates during pressing of wood chipboards, and the size of a breakup of a wood chipboard after removal of external pressure from press plates. The simulated object is considered as a plate with external sides moving in space along the vertical coordinate, and in time according to the cycle determined by a chart of pressing (compression and endurance of material in the press). It is supposed that at any moment the general deformation is the sum of four components - elastic, viscous or is elastic late, residual and temperature and moist. The system of the equations shown in the article allows to quantitively describe the rheological properties ofa wood composite. An experimental installation on the basis of the explosive RZ-10/90 testing machine and a technique ofdetermination of coefficients of rheological model of a wood chipboard at a pressing stage presented passed the approbation. Schedules ofpressure from press plates on a wood chipboard are provided, schedules ofdistribution of density on material by its thickness, and dynamics of change of each type ofdeformations during pressing. Taking into account all the experimental data the coefficients of a rheological model calculations proving the efficiency of the described technique were produced.
Keywords: chipboard, strength, hardness, density, pressure
References
1. Tuluzakov D.V Prochnostnye pokazateli drevesnostruzhechnoy plity pri izgibe v zavisimosti ot ee profilya plotnosti [Strength indicators of a wood chipboard at a bend depending on its profile of density] Collection of scientific works MLTI, № 215. Moscow, 1989, p. 36-42.
2. Tuluzakov D.V., Vasilyev M.I., Osipova V.N. Vliyanie raspredeleniyaplotnosti i raskhoda svyazuyushchegopo tolshchine DStD na pokazateli prochnosti drevesnostruzhechnoy plity [Influence of distribution of density and an expense binding on DSTD thickness on indicators of durability of a wood chipboard]. Collection of scientific works, MGUL, № 290. Moscow, 1998. p. 44-46.
3. Lapshin U.G., Tuluzakov D.V., Arkhipov A.S. Napryazheniya v elementakh struktury drevesnostruzhechnykh plit [The stresses in the elements of the structure of chipboard]. Moscow state forest university bulletin - Lesnoj vestnik. 2009. № . 2 (65). p. 133-135.
4. Lapshin U.G., Tuluzakov D.V., Arkhipov A.S. Prochnost ’uglovykh soedineniy detaley korpusnoy mebeli izdrevesnostruzhechnykh plit [The strength of the corner joints of parts of furniture from chipboard]. Moscow state forest university bulletin - Lesnoj vestnik. 2010. № 6 (75). p. 148-151.
5. Tuluzakov D.V., Lapshin U.G. Raschet dinamiki nabora prochnosti DStP v protsesse pressovaniya [Calculation of the dynamics of curing particleboard during pressing]. Moscow state forest university bulletin - Lesnoj vestnik. 1998. № 1.
6. Tuluzakov D.V., Spirin B.L. Reologicheskaya model’DStP na etapepressovaniya [Rheological model of particle board on stage compression]. Moscow state forest university bulletin - Lesnoj vestnik. 2006. № 6(48). p. 122-127.
7. Tuluzakov D.V. Eksperimental’naya ustanovka dlya issledovaniyaprochnosti kleevogo shva vprotsesse skleivaniya [Experimental setup for the study of the strength of the adhesive joint in the gluing process]. Collection of scientific works MLTI, № 179. Moscow, 1986. p. 20-22.
8. Tuluzakov D.V., Voskresensky A.K. Izmenenie prochnosti drevesnostruzhechnoy plity v protsesse pressovaniya [Changing the strength of particle board during compaction], Collection of scientific works MLTI. № 230. Moscow, 1990, p. 34-43.
9. Tuluzakov D.V., Spirin B.L. Deformirovanie drevesnostruzhechnykh plit pri izmenenii ikh vlagosoderzhaniya [Deformation of wood chipboards at change of their moisture content]. Moscow state forest university bulletin - Lesnoj vestnik, 2009, № 2 (65), p. 136 - 139.
10. Tuluzakov D.V., Lapshin U.G., Rodionov A.I. Opredelenie optimal’nykh parametrov drevesnostruzhechnykh plit v mebel’nykh konstruktsiyakh [Determination of optimum parameters of particleboard in furniture designs] Moscow state forest university bulletin - Lesnoj vestnik, 2009. No. 3(66). p. 80 - 81
11. Arkhipov A.S., Lapshin U.G., Tuluzakov D.V. Prochnost’drevesno-struzhechnykhplitv mebel’nykhkonstruktsiyakh [The strength of particleboard in furniture designs]. Journal of forest, 2012. № 4. p. 106-108.
40
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
