CC BY
43
38-49.
2. Петровский В.С. Оптимальная раскряжевка лесоматериалов. М.: Лесн. пром-ть, 1989. 288 с.
3. Петровский В.С., Малышев В.В.,
Мурзинов Ю.В. Автоматизированное проектирование режимов и выбора машин для проведения рубок ухода за лесом. М.: Флинта: Наука, 2012. 216 с.
УДК 674.028
ЗАВИСИМОСТЬ ПРОЧНОСТИ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДРЕВЕСИНЫ НА ОСНОВЕ МАГНИТООБРАБОТАННОГО КЛЕЯ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВРЕМЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ
заведующий кафедрой электротехники, теплотехники и гидравлики, доктор технических наук,
профессор В. М. Попов кандидат технических наук, ассистент кафедры электротехники, теплотехники и гидравлики
А. В. Иванов
кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники, теплотехники и гидравлики
И. Ю. Кондратенко студент М. В. Ловчиков ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
В практике работы современных де-ревоперерабатывающих предприятий широко применяется технология склеивания деталей из древесины [1]. Основным критерием качества деревянных клееных конструкций является прочность клеевых соединений. Это особенно актуально для конструкций из массивной древесины. В направлении повышения прочности проводятся обширные исследования по разработке новых технологий склеивания и марок применяемых клеев. Особый интерес представляют так называемые интенсивные технологии, позволяющие проводить операции по модификации клеев путем воздействия магнитным [2] или электрическим [3] полем. Основным преимуществом этих мето-
дов является происходящие на наноуровне изменения в структуре полимерного компонента клея в сторону упорядочения его макро и микроэлементов [4].
Проведенные исследования по влиянию, в частности, магнитного поля на прочность клеевых соединений древесины на основе магнитообработанных клеев [2] показали значительное повышение их прочности с увеличением напряженности поля. Вместе с тем остается открытым вопрос о влиянии других факторов на прочность клеевых соединений древесины. Так, не изучено влияние температуры и времени воздействия на клей магнитным полем.
На установке для обработки клея в постоянном магнитном поле [5] поставлен
цикл опытов по исследованию влияния температуры и времени воздействия полем на клей с последующим изучением влияния этих факторов на прочность клеевых соединений древесины. Исследовались двухкомпонентные клеи марок КФЖ и Su-praterm 436. Операция по обработке клеев в магнитном поле при различных температурах проводилась следующим образом. В специальную емкость из фторопласта помещался полимерный компонент клея. Затем емкость устанавливалась в рабочую ячейку с нагревателем, которая располагалась между полюсами электромагнита. Фиксированные значения температуры составляли Т = 15,20,25,30°С, что соответствовало холодному склеиванию и при Т = 50,60,80°С, соответствующих горячему склеиванию.
Температура, при которой производится операция по склеиванию, определяет скорость протекания химических процессов при склеивании и процесса изменения свойств клея при одновременной обработке его в магнитном поле. Можно ожидать, что повышение температуры будет благоприятно влиять на прочность клеевого соединения. С другой стороны, при горячем склеивании и последующем охлаждении в клеевых прослойках соединений изменения температуры вызывает появление внутренних напряжений, которые могут существенно снижать прочность клеевых соединений [6]. Для выяснения преобладания положительного или отрицательного эффекта проведена серия опытов для фиксированных значений температур. На графиках рис. 1 представлены сравнительные
зависимости прочности клеевых соединений древесины на скалывание вдоль волокон от температуры для клея КФЖ, подвергнутого воздействию магнитного поля напряженностью Н = 20 -104 А/м, и без обработки в магнитном поле в течение 20 мин. Испытания на прочность осуществлялись согласно ГОСТу 15613.1-84 на стенде ИР-50-3.
п 31 ш 60 ел ^Чс Рис. 1. Зависимость предела прочности на скалывание вдоль волокон т для соединения на основе клея КФЖ от температуры Т: 1 - Н = 20 • 104А/м; 2 - Н=0
Из рис. 1 видно, что максимум зависимости т = f (Т) имеет место при температуре порядка 23°С. Увеличение температуры обрабатываемого и необрабатываемого клея приводит к снижению прочности клеевого соединения. Этот эффект можно объяснить повышением внутренних напряжений, снижающих прочность соединений. И чем больше отличается температура от комнатной, тем сильнее выражен отмеченный отрицательный эффект. В тоже время при температуре выше 50...60 °С предел прочности при скалывании почти перестает снижаться и выходит на неко-
торое постоянное значение, что может быть связано с тем, что внутренние напряжения могут возрастать лишь до некоторого определенного уровня.
Положение точек на графике позволяет аналитически описать зависимость т(Т) в виде гауссовской функции
т(Т) = То +
Л и/2
ж2
(1)
где т0 - минимальное значение предела
прочности клеевого соединения древесины на скалывание;
А - «площадь» гауссовского пика на графике (рис. 1);
Ж - полуширина на полувысоте (характеризует спадание зависимости); Тк - комнатная температура (центр пика).
Если аппроксимировать опытные данные гауссовскими зависимостями, то получим следующие результаты.
При воздействии на клей магнитным полем напряженностью Н = 24 • 104 А/м имеем
т(Т) = 3,284 +
259,7
28.
(Т _24,42)2
_2-2-
. • £ 18,792
При склеивании на клее, не подвергнутым воздействию магнитного поля, за-
т(Т) = 1,93 +
,5^7^/2
висимость Т (Т) подчиняется закону
(2)
120
_2(Т _23,34)2
18
18,79
,2
(3)
Сравнивая параметры гауссовской зависимости, можно отметить существенное расхождение в полуширинах пика Ж(28,54 и 18,79). Это может свидетельствовать о том, что обработка клея магнитным клеем делает технологический процесс склеивания значительно менее зависимым от температуры, чем в случае отсутствия магнитного поля.
Не меньший интерес представляет влияние такого фактора как времени воздействия на клей магнитным полем. Для этого проведены специальные исследова-
,794^72
ния, когда при каждой фиксированной напряженности поля время воздействия магнитным полем составляло 4,8,12,16 и 20 минут. Температура клея поддерживалась на уровне 30 °С. Обработанный клей затем наносился на поверхности образцов из дуба для испытания предела прочности клеевых соединений на скалывание.
Результаты проведенных испытаний приведены на рис. 2.
ЁШЯ
■f
1 ;
\ L \
\ 2
| 8 12 16 I лшн
Рис. 2. Зависимость предела прочности при скалывании клеевых соединений древесины дуба
от времени воздействия магнитным полем напряженностью Н = 24 • 104 А/м для клеев:
1 - КФЖ; 2 - Supraterm 436
Как видно из рис. 2, для магнитного поля достаточно высокой напряженности прочность клеевого соединения для обоих клеев начинает стабилизироваться с 16 минут после начала обработки клея в магнитном поле.
Путем аппроксимации опытных зависимостей прочности клеевого соединения от времени выдержки в магнитном поле т ) получаем следующие выражения для клея Supraterm 436. При напряженности поля Н = 6 • 104 А/м
„ ^ 2,61 - 3,21 т() = 3,21 + --; (4)
1 + £ 237
при напряженности поля Н = 12 • 104 А/м
/Л л сп 2,62 -4,57 т() = 4,57 + --; (5)
1 + е 277
при напряженности поляН = 24 • 104 А/м
_ -7,49 - 5,03 тЦ) = 5,03 ^ . (5)
1 + е 3'98
Анализируя значения констант в аппроксимирующих выражениях, можно утверждать, что с ростом напряженности по-
ля увеличивается амплитуда сигмоидаль-ной функции, т.е. повышается прочность клеевого соединения. С увеличением времени выдержки в магнитном поле клея прочность соединения выходит на постоянное значение, поэтому для повышения производительности без ущерба качеству изделий из клееной древесины достаточно выдерживать клей в магнитном поле в пределах 16 минут.
В заключение следует отметить, что полученные результаты дают возможность технологам на деревоперерабатывающих предприятиях прогнозировать и регулировать процессами склеивания деталей из древесины.
Библиографический список
1. Ковальчук Л.М. Производство деревянных клееных конструкций. М.: Лесная промышленность, 1987. 248 с.
2. Попов В.М., Иванов А.В. Интенсивная технология получения клееной древесины повышенной прочности // Вестник МГУЛ. «Лесной вестник», 2007. № 4. С. 89-91.
3. Попов В.М., Шендриков М.А., Иванов А.В., Жабин М.А. Влияние магнитного и электрического полей на прочность клееной древесины // Вестник МГУЛ. «Лесной вестник», 2009. № 4. С. 122-126.
4. Кестельман В.Н. Физические методы модификации полимерных материалов. М.: Химия, 1980. 224 с.
5. Пат. 2298574 МПК СО975/00. Спо-
соб склеивания древесных материалов // Попов В.М., Иванов А.В., Мурзин В.С., Новиков А.П., Латынин А.В.; заяв. и па-тентообл. ВГЛТА.- №2006117673/04; заяв. 22.05.2006; опубл. 10.05.2007. Бюл. № 13. 3 с.
6. Фрейдин А.С. Прочность и долговечность клеевых соединений. М.: Химия, 1981. 272 с.
УДК 004.09:684.04
АЛГОРИТМИЗАЦИЯ РАСЧЕТОВ ПРОЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ В ПОДСИСТЕМЕ РЕИНЖИНИРИНГА КОРПУСНОЙ МЕБЕЛИ А. А. Щекалёва
Группа компаний DSR, ООО «Софт» (г. Воронеж) [email protected]
Одной из важных задач, решаемых при проектировании изделий корпусной мебели, является расчет прочности разрабатываемых мебельных конструкций. В настоящее время актуальность подобных расчетов существенно возросла, что обусловлено переходом большинства предприятий к позаказному проектированию и производству изделий корпусной мебели.
Согласно новой парадигме автоматизированного проектирования корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства [1, 2], разработка мебельных изделий представляется двумя стадиями _ инжинирингом и реинжинирингом. На стадии инжиниринга формируется объектная структурно-атрибутивная модель прототипного изделия (более коротко - прототипная модель), которая затем, на стадии реинжиниринга, может
быть доопределена и/или переопределена в соответствии с конкретными требованиями заказчиков.
Обычно в процесс реинжиниринга, выполняемый дизайнером по интерьеру при приеме заказа на изготовление корпусной мебели, вовлекается заказчик (потребитель мебели), инициирующий изменение ряда свойств проектируемых изделий. Именно это обстоятельство обусловливает, главным образом, необходимость разработки специальных методов и средств поддержки реинжиниринга, в том числе и методики прочностных расчетов мебельных изделий.
При автоматизированном приеме заказов на изготовление корпусной мебели к оценке прочности мебельной конструкции следует прибегать в случаях, когда у выбранного прототипного изделия изменя-
