CC BY
9
3. ТЕХНОЛОГ1Я ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБНИЧОГО КОМПЛЕКСУ
УДК 674.04 Проф. Б.Я. Кшивецький, д-р техн. наук - НЛТУ Украти, м. Львiв
ВПЛИВ ВОЛОГОСТ1 I ТЕМПЕРАТУРИ НА М1ЦН1СТЬ ТЕРМОПЛАС-
ТИЧНИХ КЛЕЙОВИХ З'еДНАНЬ ДЕРЕВИНИ ХВОЙНИХ ПОР1Д
На прикладi деревини сосни, наведено результати дослщжень впливу вологост i температури навколишнього середовища на мщшсть термопластичних клейових з'ед-нань хвойних порiд деревини пiд час експлуатацн. Для дослiдження використано мате-матичну модель прогнозування мiцностi термопластичних клейових з'еднань деревини. Здшснено аншш отриманих результатiв прогнозування мiцностi клейових з'еднань деревини сосни. Дослщжено вплив будови i структури деревини сосни та хiмiчних компонент структурованих i неструктурованих ПВА композиций на мiцнiсть i водостiйкiсть термопластичних клейових з'еднань. Встановлено закономiрнiсть змши мiцностi термопластичних клейових з'еднань деревини сосни залежно вiд вологост i температури навколишнього середовища.
Ключовi слова: клей, деревина, мщшсть, вологiсть, температура, клейовi з'еднан-ня, прогнозування, водостшюсть, теплостшюсть.
Для дослiджень закономiрностей змiни мщносп термопластичних поль вiнiлацетатних (ПВА) клейових з'еднань хвойних порвд, а саме деревини сосни, ввд дií вологи i температури, використано математичну модель прогнозування мiцностi (1)
а = кпЬ • (-А® • ДТ® + В® • Д Ж ® exp(-С® • т®)), (1)
де: ДТ® - середньозважена температура навколишнього середовища, оС; ДЖ® - середньозважена вологiсть навколишнього середовища, %; параметри А®, В®, С® - залежнi вщ змiни температури i вологостi навколишнього середовища; кп.д. - коефщент, що враховуе породу деревини.
З урахуванням числових значень параметрiв А®, В®, С~!) та коефiцiента для деревини сосни кп.д. - математична модель (1) матиме такий вигляд:
• для структурованих клеш з рщкосичастою структурою клейового шва:
а = 0,545 • (-0,0024 • ДТ ® + 0,1154 • ДЖ ® ехр(-0,00205 • т®)); (2)
• для неструктурованих клеш з лшшною структурою клейового шва:
а = 0,545 • (-0,0006 • ДТ ® + 0,1372- Д Ж ® ехр(-0,0082 • т®)). (3)
П1д час дослiдження мiцностi термопластичних клейових з'еднань деревини сосни температурно-волопсний даапазон був однаковим для всх видiв до-слiджень i ввдповвдав перiоду тривалих експериментальних дослiджень [3, 4].
Розрахунковi данi змiни мщносп для клейових з'еднань деревини сосни наведено на рис. 1 i 2.
З рис. 1 i 2 видно, що iз шдвищенням температури на 1 оС мiцнiсть термопластичних клейових з'еднань деревини сосни зменшуеться на 0,012 МПа. Волопсть впливае iстотнiше, оскшьки iз збiльшенням вологостi на 26,47 % мщ-
шсть зростае на 0,5 МПа (приблизно на 30 % вщ початково'1) Тобто i3 збтьшен-ням вологостi на 1 % мщшсть зростае на 0,02 МПа (приблизно на 1,1 % вщ початково'1). Якщо порiвнювати клейове з'еднання деревини сосни з клейовим з'еднанням твердолистяних порщ, а саме з деревиною дуба [5], то мщшсть зме-ншуеться на 1,65 % або на 0,047 МПа. Тобто клейовi з'еднання деревини дуба iз ступенем навантаження D4 бiльш чутливi до впливу температури i вологостi, нiж аналопчш з'еднання деревини сосни.
4,18 7,89 12,23
Температура, °С
Рис. 1. ЗмтаMÎUHoemi клейовихз'еднань деревини сосни, склеених структурованими клеями 1з ступенем навантаження D4, залежно eid змти температури за рiзноï вологостi
Волопсть,
Рис. 2. Змта мiцностi клейових з'еднань деревини сосни, склеених структурованими клеями 1з ступенем навантаження D4, залежно вiд змти вологостi за рiзних температур
Таку поведшку зменшення мщносп клейових з'еднань можна пояснити будовою деревини сосни та ïï реолопчними властивостями. Деревина сосни вщ-рiзняеться вщ деревини дуба кшьюстю, розмiрами та будовою китини, що буде впливати на товщину клейового шару. Довжина волокон хвойних порiд деревини становить 2-3 мм, листяних 0,5-1,5 мм. Дiаметр порожнин клiтин ранньо'1 деревини 0,03, а тзньо'1 0,01 мм. У р^ змiни кута нахилу волокон вiд 0 о до 90 о глибина проникнення клею може змшюватися вiд 15 до 150 разiв, що призво-дить до збтьшення розходу клею. Глибина проникнення клею в деревину буде залежати i вщ тиску склеювання.
Середне значення границi мiцностi на сколювання деревини сосни вздовж волокон з волопстю 12 % становить 6,3 МПа. Мщшсть деревини сосни внаслiдок сколювання змшюеться вiд 5,1 до 6,5 МПа iз зб1льшенням щiльностi деревини вщ 360 до 630 кг/м3 [6]. У разi склеювання деревини сосни полiвiнiла-цетатними клеями на кут змочування iстотний вплив матиме щщьшстъ деревини. 1з збшьшенням щiльностi вiд 360 до 630 кг/м3 кут змочування знижуеться вщ 61,0 до 56,5 Умовами склеювання деревини е добре змочування деревного матерiалу, вщповщна товщина клейового шару, глибина проникнення клею в деревину тощо [7].
Проникнення клею у глибину деревини збшьшуе площу його контакту з деревиною, що пiдвищуе мiцнiсть склеювання. Глибина проникнення клею в деревину залежить вщ тиску склеювання, довжини i напряму волокон вiдносно площини склеювання. На рис. 3 i 4 наведено змшу мiцностi для термопластич-них клейових з'еднань деревини сосни iз ступенем навантаження Б1.
Температура,
Рис. 3. Змта мщностг клейових з'еднань деревини сосни, склеених неструктурованими клеями iз ступенем навантаження Б1, залежно вiд змти температури за рiзноi вологостi
Волопсть,
Рис. 4. Змта мщностг клейових з'еднань деревини сосни, склеених неструктурованими клеями iз ступенем навантаження Б1 залежно вiд змти вологостi за рiзноi температури
Як видно з рис. 3 i рис. 4 мiцнiсть практично не залежить вiд температу-ри, але iз зростанням вологостi вiд 66,3 % до 90,3 % збшьшуеться вщ 1,2 до 1,5 МПа (на 0,3 МПа вщ початково!). Якщо порiвнювати цi змiни iз змшами клейових з'еднань деревини сосни iз ступенем навантаження Б4, то можна зро-бити висновок, що клейовi з'еднання з лiнiйною будовою менш чутливi до змь ни температури i вологостi, н1ж клейовi з'еднання з рщкосггчастою структурою клейового шва. Аналопчна залежнiсть спостерiгаеться i для клейових з'еднань деревини дуба [3].
На рис. 5 наведено зм^ мщносп з'еднання деревини сосни залежно вщ середньозважено! температури та вологосп навколишнього середовища.
8,0
ей
1 6,0
л" Н О 4,0
X
% 2,0
0,0
---Т=1,9 °С; Волопсть - 66,32% ---Т=5,43 °С; Волопсть - 80,2% - Т=9,73 °С; Волопсть - 90,35%
N
ч ^
ч4'
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Тривалють експлуатацп, мюящв Рис. 5. Змта мщностг клейових з 'еднань деревини сосни, склеених неструктурованими клеями iз ступенем навантаження Б1, залежно вiд змти вологостi та температури
Характер змши мщносп з'еднання деревини сосни, склеених клеями на основi ПВА, залежно вщ зовншшх факторiв, змшюеться за експоненщальною залежшстю, аналогiчно як для клейових з'еднань деревини дуба, однак коливан-ня мiцностi значно менше. Разом з тим, початкова мщнють для цього типу клейових з'еднань удвiчi нижча порiвняно iз з'еднаннями для деревини дуба i ста-новить 6,65 МПа. Зменшення мiцностi пояснюеться будовою деревини.
На рис. 6 наведено зм^ мiцностi з'еднання деревини сосни залежно вщ спiввiдношення середньозважено! температури та вологостi навколишнього середовища. Як видно з цього рисунку, маемо синусощальну змшу мщносп, згщ-но з якою мщнють постшно зменшуеться за мшмально! вологосп 66,32 % для будь-яко! середньозважено! температури. У разi зростання вологосп мiцнiсть постiйно зб1льшуеться. Починаючи з 6-го мюяця експлуатацп характер змши мщносл е дещо слабкiшим, тобто зi збiльшенням вологостi мiцнiсть збшьшуеться, але з меншою штенсившстю.
Аналогiчнi результати отримаемо i для структурованих клейових з'еднань деревини сосни. Вплив вологи i температури на структуроваш клейовi з'еднання бшьш значимий, нiж на неструктурованi.
Пщсумовуючи, можна зазначити, що мiцнiсть термопластичних клейових з'еднань деревини сосни змшюеться так само як деревини листяних порщ -за експоненщальною залежшстю, але iз значно меншими числовими значення-ми мiцностi. Це пов'язано з будовою та структурою хвойних порщ деревини та
зм1ною внутршшх напружень, як1 виникають 31 змшою вологост1 1 температури, особливо на поверхш розподшу деревина-клей. З'еднання з лшшною структурою клейового шва бшьшою м1рою компенсують напруження, пор1вняно 1з рщкоштчастою структурою. Тому вони е менш чутлиш до змши вологост1 1 те-мператури навколишнього середовища. З'еднання 1з рщкоштчастою структурою клейового шва значно довше витримують циктчну дш вологост1 та температу-ри навколишнього середовища, а за тдвищено! вологосп та понижених температур збшьшують свою мщтстъ.
Сшввщношення температури/вологосп
Рис. 6. Змта мщност1 клейових з 'еднань деревини сосни, склеених неструктурованими клеями iз ступенем навантаження D1, залежно eid спiввiдношення температури та вологостi
Л^ература
1. Патент на винахщ № 98515 Украша, МПК G01N 33/46, G01L 1/26. Cnoci6 прогнозуван-ня мщносп та довговiчностi з'еднань деревини клеями на oraoBi полiвiнiлацетату / Б.Я. Кшиве-цький, П. А. Бехта (Украша); Заявл. 25.05.2010; Опубл. 25.05.2012, Бюл. № 10.
2. Патент на корисну модель № 45134 Украша, МПК В23В 21/00 Cnoci6 прогнозування дoвгoвiчнoстi клейових з'еднань деревини сосни клеями на oснoвi пoлiвiнiлацетату / Б.Я. Кши-вецький, П.А. Бехта (Украша); Заявл. 29.09.2009; Опубл. 10.03. 2010, Бюл. № 5.
3. Кшивецький Б.Я. Дослщження MiD^cri та дoвгoвiчнoстi з'еднань шпилькових порщ деревини залежно вiд вологосл / Б.Я. Кшивецький // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Украши. - 2006. - Вип. 16.5. - С. 126-130.
4. Кшивецький Б.Я. Дослщження мщност з'еднань шпилькових порщ деревини залежно вщ знакозмшних навантажень / Б.Я. Кшивецький // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Украши. - 2006. - Вип. - 16.7. - С. 98-102.
5. Кшивецький Б.Я. Вплив вологост i температури на мщнють термопластичних клейових з'еднань листяних порщ деревини / Б.Я. Кшивецький // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. на-ук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Украши. - 2015. - Вип. 25.1. - С. 148-155.
6. Боровиков A.M. Справочник по древесине / А.М. Боровиков, Б.Н. Уголев; под ред. Б.Н. Уголева. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1989. - 296 с.
7. Хрулев В.М. Долговечность древесностружечных плит / В.М. Хрулев, К.Я. Мартынов. -М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1977. - 167 с.
Кшивецький Б.Я. Влияние влажности и температуры на прочность термопластичных клеевых соединений хвойных пород древесины
На примере древесины сосны, приведены результаты исследований влияния влажности и температуры окружающей среды на прочность термопластичных клеевых соединений хвойных пород древесины при эксплуатации. Для исследования использована математическая модель прогнозирования прочности термопластичных клеевых соединений древесины. Осуществлен анализ полученных результатов прогнозирования прочности клеевых соединений древесины сосны. Исследовано влияние строения и структуры древесины сосны и химических компонентов, структурированных и неструктурированных ПВА композиций на прочность и водостойкость термопластичных клеевых соединений. Установлена закономерность изменения прочности термопластичных клеевых соединений древесины сосны в зависимости от влажности и температуры окружающей среды.
Ключевые слова: клей, древесина, прочность, влажность, температура, клеевые соединения, прогнозирование, водостойкость, теплостойкость.
Kshyvetsky B. Ya. Temperature and Humidity Influence on the Strength of Thermoplastic Adhesive Joints of Softwoods
Using pine wood as an example, the results of studies of the effect of ambient humidity and temperature on the strength of thermoplastic adhesive joints of softwoods under operating conditions are given. In the studies, a mathematical model was used to predict the strength of thermoplastic adhesive wood joints. As a result of the studies conducted, it was found that the strength and water resistance of thermoplastic adhesive joints of pine wood are strongly dependent on the structure and chemical components of pine wood itself as well as whether cross-linked or uncross-linked PVA compositions are used. The investigation also gives an insight into the pattern of change in the strength of thermoplastic adhesive pine wood joints according to varying ambient humidity and temperature.
Keywords: adhesive, wood, strength, temperature, adhesive joints, prediction, water resistance, heat resistance.
УДК 004.896 Проф. Р.О. Ткаченко, д-р техн. наук; астр. 1.О. Вербенко;
студ. М.Т. Бринецький - НУ "Львiвська полiтехнiка"
ПРОЦЕС УПРАВЛ1ННЯ КОЛИВАННЯМ ВАНТАЖУ КРАНА З КОРЕКТУВАННЯМ ВУЗЛ1В ФАЗИФ1КАЦН
Проаналiзовано особливост автоматизованих систем для управлшня коливання-ми вантажу шд час його транспортування портальними кранами. На осж^ аналiзу встановлено, що системи управлшня на базi нечетко! логши мають найкращi показники транспортування вантажу. Так системи описують вхвдш та вихщш даш у виглядi прос-тих фраз, таких, як !х використовуе i розумie людина-оператор. Проте наявш автомати-зоваш системи на основi нечетко! логши мають таш недолжи: довгий час перевезення вантажу, через поступове зменшення кута вщхилення, складне техшчне обслуговуван-ня та висока варпсть таких систем. З метою покращення та пришвидшення функщону-вання системи розроблено метод коректування вузлiв фазифжацн вхщних i вихщного параметрiв на основi генетичного алгоритму.
Ключовi слова: кранова установка, портальний кран, система нечiткого виведен-ня, нейронечiткий контролер, корекцiя вузлiв фазифшацн, генетичний алгоритм.
Вступ та анамз лiтературних джерел. Проблема позицюнування вантажу за допомогою шдаймального крана е одшею з багатьох, що часто розгля-дають в автоматизацИ', 1 яку потр1бно виршити, коли автоматизащя операцш
