Вплив режиму сушіння на тріщиноутворення деревини Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

Рис. 3. Формалiзацiя процесу функщонування nocnidoeHux АВС

Запропоноване тут скорочення кшькосл кроюв та onepaTopiB в алгоритм^ який використовуеться у кожному цикл кожно! операци оброблення на вЫх дiльницях виробничо! системи, мае досить важливе значення, бо дае змогу ютотно скоротити дорогий машинний час моделювання.

Л1тература

1. Томашевський В.М., Жданова О.Г., Жолдаков О.О. Вир1шення практичних зав-дань методами комп'ютерного моделювання: Навч. поабник. - К.: Корншчук, 2001. - 268 с.

2. Дудюк Д.Л. та íh. Елементи теори автоматичних л1нш: Навч. поабник. - Ки-1в-Льв1в: 1ЗМН. - 192 с.

УДК 674.047 Проф. В.В. Шостак, д-р техн. наук; доц. Й.Л. Ацбергер;

З.П. Копинець - НЛТУ УкраХни

ВПЛИВ РЕЖИМУ СУШ1ННЯ НА ТР1ЩИНОУТВОРЕННЯ

ДЕРЕВИНИ

Проведено аналiз мехашзму трщиноутворення та наведено формули розрахун-ку градieнтiв для параболоподiбного розподшу вологостi у процесi сушiння.

Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраТни

Prof. V.V. Shostak; doc. Yo.L. Acberher, eng. Z.P. Kopynets - NUFWT of Ukraine Influence of drying regimes on cracks formation in wood

Mechanism of cracks formation and formulae for calculation of moisture content gradient distribution in process of wood drying have been considered.

Внаслщок сушшня деревина повинна максимально зберегти сво! при-родш структурно-мехашчш властивост^ як зумовлюються збереженням форми, розмiрiв та структури матерiалу у процес сушшня i досягаються за рахунок вибору як оптимального методу, так i режиму сушшня.

Вщ збереження первинних розмiрiв та форми залежить зовнiшнiй виг-ляд деревини, а вщ збереження його структури - пористють, яка визначае ступiнь вiдновлення властивостей висушених матерiалiв при !х зневодненнi. Крiм того, у процес сушiння деревини необхщно також запобiгти пожолоб-ленню матерiалу та утворенню трiщин, адже останш призводять до руйну-вання об'екта сушiння.

Причиною появи трiщин i дальшого повного руйнування е розвиток об'емно-напруженого стану деревини до величини граничнодопустимого стану i вище, зумовленого мiцнiстю деревини. Цей напружений стан ство-рюеться за рахунок недопустимого всщання (зменшення об'ему та розмiрiв взiрця деревини у процес сушiння), яка виникае внаслiдок нерiвномiрного розподiлу вологостi по перетину матерiалу. Таким чином, основною причиною утворення трщин у процесi сушшня е наявшсть значних перепадiв воло-гостi по перетину матерiалу за рахунок невелико! вологопровщност матерь алу. У зв'язку з тим, що коефiцiент вологопровiдностi залежить вiд темпера-тури матерiалу, а остання визначаеться режимом сушшня, то i яюсть висуше-ного матерiалу буде залежати вiд режиму сушiння.

Зауважимо, що багато вчених рекомендують рiзнi засоби i шляхи уникнення трiщин, рекомендуючи використовувати як дво-, три-, так i бага-тоступеневi (6... 8 ступешв) режими сушiння, а також проведення промiж-ного вологотеплооброблення при рiзнiй вологостi деревини. Так, наприклад, проф. П.В. Бiлей [1] пропонуе шд час сушiння букових пиломатерiалiв залеж-но вiд !х товщини виконувати 2.5 вологотеплооброблень, а також обов'язко-ве початкове про^вання i у кiнцi процесу сушшня - кондищонування при ф = 0,60.0,67. Канд. техн. наук Й.В. Андрашек [2] для сушшня букових пи-ломатерiалiв рекомендуе стандарты 3-ступеневi режими, але iз промiжним вологотеплообробленням при перехщнш вологостi W = 25.35 % i темпера-турi сушильного агента на 18.20 °С вищiй як температура першого ступеня режиму сушшня i при вщноснш вологостi ф = 1,0 незалежно вiд породи та товщини матерiалу.

Проф. П.С. Серговський [3] теоретично та практично довiв доцшь-шсть принципу двоступенево! побудови режимiв сушшня деревини.

Проведений нами аналiз стандартних режимiв сушiння твердолистя-них порщ деревини показуе, що на першому еташ сушiння, коли на поверхш матерiалу дiють розтяжнi напруження, необхщно пiдтримувати високий сту-пiнь насичення ф агента сушiння, тобто забезпечити малу жорсткiсть режиму

(з метою недопущення подальшого розвитку розтяжних напружень у повер-хневих шарах матерiалу). На другому етапi сушшня, коли наступае змiна знаку напружень, жорстюсть режиму сушiння збшьшуеться за рахунок шдви-щення температури сухого термометра, тобто зменшення величини ф. Це дасть змогу значно штенсифжувати процес зневоднення без загрози розтрю-кування висушувано! деревини.

Таким чином, найбшьш небезпечною та загрозливою, iз точки зору збереження якост та структурно-механiчних властивостей деревини, е висо-ка жорсткiсть режиму на першому етапi сушiння. У зв'язку з чим велике те-оретичне та практичне значення мае встановлення граничнодопустимо! жор-сткостi режиму сушшня саме на першому еташ.

Оскшьки напружений стан у процесi сушшня деревини створюеться за рахунок нерiвномiрного розподiлу вологостi по поперечному перетину мате-рiалу, то за критерш трiщиноутворення у процесi сушiння повинен бути взятий певний параметр, який характеризуе перепад вологост в об'екп сушшня.

У коло!дних кашлярно-пористих тiлах (зокрема, й деревини) при де-сорбци вологи вiдбуваеться так звана капшярна контракцiя (стискування). Причиною, що викликае деформаци всiдання, е релаксащя внутрiшнiх напружень у капшярно-пористш системi, якi виникають тд дiею капiлярних сил. Сили поверхневого натягу на ув^нутих менiсках рщини у капiлярах тiла ство-рюють для рiдини розтяжнi напруження (в той час як у твердому скелет деревини створюеться дуже складне поле напружень). Як вказуе академж О.В. Ликов [4], капшярний тиск рщко! фази в твердому тш е функцiею його вологов-мiсту i тому поле капшярних контракцiй в iзотермiчних умовах буде подiбним до поля вологовмюту, яке й е основною причиною виникнення саме об'емно-напружено-деформiвного стану вологого матерiалу у процесi сушшня.

У зв'язку з чим вш й пропонуе як критерш трщиноутворення в будь-який момент часу приймати вщносну рiзницю мiж середшм и та локальним и вологовмютом об'екта сушiння, тобто

К = (1)

и0

де и0 - середнiй початковий вологовмiст, кг/кг сухого матерiалу.

Якщо трiщини утворюються на поверхнi матерiалу у першому перiодi сушiння, то и = ипов. Тодi при параболiчному розподшу вологостi (вологов-мiсту) можна записати

2

и - и пов 3

2 -(иц - ипов ), (2)

де ипов, иц - вiдповiдно поточш значення вологовмiстiв поверхневих i цен-тральних шарiв.

Тодi для поверхневого шару рiвняння (1) набуде вигляду

К = 2

пов 3

г \

и ц - и пов

и0

(3)

^цшнальний лicoтeхнiчний yнiвeрcитeт УкраТни

ToMy в yмoвaх пapaбoлoпoдiбнoгo poзпoдiлy вoлoгoвмieтy тa тeмпepa-тypи для пеpшoгo пеpioдy пpoцеey кoнвективнoгo eyшiння, згiднo з теopiею eyшiння, вeтaнoвленo

u - u 1 t — t

ц_ п°в _-■ Kim + -i - Pn, (4)

uG 2 tc

де: Kim - мaсooбмiнний кpитеpiй Kipпiчoвa; Pn - ^rn^prn Пoeнoвa; tП0B, t4, te -вiдпoвiднo темпеpaтypa пoвеpхневих тa центpaльних шapiв деpевини й aгентa eyшiння.

Очевиднo, щo ^и м,якoмy pежимi eyшiння, кoли 1п0в ~ t4, piвняння (4) спpoститься:

Kпoв _ 3 ■ Kim, (5)

тобто кpитеpiй тpiщинoyтвopення

Kim _ 3 ■ К.в . (б)

Taким чин0м, тpiщинoyтвopення хapaктеpизyетьeя мaeooбмiнним ^и-теpiем Kipпiчoвa

qm ■ R _ R -(VuL

Ki _ Mm___V_/прв _ 2 .

ц — U ,вЛ

am -Pg ■ UG UG V UG

(V)

де: qm - iнтенeивнieть eyшiння; (Vu)П0B - пoвеpхневий гpaдiент вoлoгoeтi;

am - к0ефщент вoлoгoпpoвiднoeтi; pG - густит мaтеpiaлy в aбeoлютнo eyxo-My eтaнi.

У зв'язку з тим, щ0 в yмoвaх к0нвективн0Г0 сушшня пpи пopiвнянo низькiй темпеpaтypi сушильн0Г0 aгентa, к0ли теpмoвoлoгoпpoвiднieтю м0ж-та знехтyвaти, iнтенeивнieть eyшiння визнaчитьeя

qm _ —am ■ PG ■ (Vu)п0в . (S)

Оскшьки величинa qm зaлежить вщ pежимy eyшiння, a кoефiцiент в0-лoгoпеpенеeення am - вiд темпеpaтypи мaтеpiaлy, т0 нa oeнoвi piвняння (S) мoжнa вeтaнoвити зaлежнieть гpaдiентa вoлoгoeтi вiд pежимy eyшiння, тобто

— (Vu L _ . (9)

am - PG

Taким чин0м, для деpевини, як мaтеpiaлy, щ0 схильний д0 poзтpieкy-вaння, мaкeимaльнo д0пустимий гpaдiент вoлoгoeтi бyде лiмiтyвaти штенсив-шсть eyшiння.

Св0ею чеpгoю, темпеpaтypa areffra eyшiння te знaчнo впливaе m величину кoeфiцiентa вoлoгoпpoвiднoeтi am (пpи пiдвищeннi te вeличинa am сп0-чaткy зpoeтaе пoвiльнo - п0ки мaтepiaл не пpoгpiетьeя, a п0^м дуже piзкo).

ToMy ^и виeoкiй тeмпepaтypi aгeнтa eyшiння, к0ли qm тaкoж зpoeтaе,

вiднoшeння

г

qm

Vam ■ PG J

буде змeншyвaтиeя зa paхyнoк бшьш piзкoгo збшьшен-

ня коефщента ат. Таким чином, на другш стади сушiння доцiльно шдвищу-вати температуру агента сушiння, завдяки чому штенсившсть процесу може збшьшуватися без небезпеки появи трiшин у матерiалi.

При параболiчному розподiлi вологост в матерiалi максимально до-пустимий градiент вологовмiсту може бути визначений за виразом

(^ )тах - ^ '(и ц - И ПоВ ), (10)

§

де Я - визначальний розмiр матерiалу (Я = §1 - товщина пиломатерiалiв).

Зауважимо, що при сушшш деревини, в яко! всихання вщбуваеться при видаленнi зв'язано! вологи, рiвняння (1) або (3) не може бути критерiем якост з т1е1 причини, що нав^ь при вiдносно високому середньому вологов-мiстi И у поверхневому шарi проходить всихання i, таким чином, виникають напруження, якi викликають поверхневi трiшини. На цьому етапi процесу су-шiння напруження приблизно пропорцшш величинi вiльного всихання по-верхневих шарiв (остання визначаеться перепадом Ди=иг.н -ипов), тобто рiзницi мiж вологовмiстом границi насичення клiтинних стiнок та поверхнево! воло-гостi деревини.

Тому ми пропонуемо за критерш трщиноутворення прийняти вщнос-ний перепад вологовмюту границi насичення иг.н. i поверхнево! вологостi ипов вiдносно до максимального вологовмюту итах, тобто

и — и

К = г.н. пов (11)

и тах

1стотною вiдмiннiстю критерiю трщиноутворення, що визначаеться за рiвнянням (11) та рiвнянням (1) е його постшшсть для рiзницi (иг.н-ипов).

Замшивши рiзницю (иг.н. - ипов) величиною градiента вологовмiсту на поверхнi матерiалу ^и)пов, тобто

(Уи)пов = аХ, (12)

К = (Уи)пов ' Я (13)

отримаемо К =-. (13)

итах

/У7 \ аи Ят

Оскiльки (^и)пов = ~т =- , (14)

ах ат'Рб

де рб - базисна густина деревини.

Поставивши рiвняння (14) в (13), отримаемо

К = ^ ^ = К1т. (15)

а т Р б и тах

Враховуючи те, що масообмшний критерiй Кiрпiчова можна визначи-ти двома методами (за штенсившстю випаровування вологи або за величиною градiента вологостi), то можна записати

Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраТни

du r2

qm • R _ R-(AW)пов _ dx'R

ъг: _ Mm_ _ V /пов _ ЦI__/лг\

Klmax _-_--_-, (16)

a -рб•u u a-u

m гб max max m max

du

де ~ - швидкiсть сушiння.

Таким чином, визначаючи критерiй Kipni40Ba для pi3Hrn режимiв су-шiння, як призводять до розтрiскування MaTepiany, можна встановити максимально допустимий критерш Ютах.

Лiтература

1. Билей П.В. Технология камерной сушки твердых лиственных пород: Автореф. дисс. на соиск уч. степ. д. т. н. - Львов, 1993. - 36 с.

2. Андрашек И.В. Влаготеплообработка при сушке пиломатериалов твердых лиственных пород: Автореф. дисс. на соиск уч. степ. к. т. н. - Львов, 1985. - 24 с.

3. Серговский П.С., Расев А.И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. - М.: Лесн. пром-сть, 1987. - 360 с.

4. Лыков А.В. Тепломассообмен (Справочник). - М.: Энергия, 1978. - 479 с.

УДК 634.9 Проф. З.Й. Дячун, канд. техн. наук - НЛТУ Украты

МЩШСТЬ ЗАДНЬОГО ВУЗЛА СТ1ЛЬЦЯ СТОЛЯРНОГО

Розглянуто питання мщносп заднього вузла стшьця столярного i з щею метою проведено анал^ичний аналiз впливу р!зних чинниюв на отр з'еднання на плоский рамковий шип. Достджено вплив заплечиюв, крайок i геометрп щок шипа на мщшсть з'еднання. Опрацьовано графiчнi залежносп впливу геометрп шипа на коефь щент запасу мщносп з'еднання, запропоновано рiзнi конструктивнi варiанти з'еднання, що гарантують надшнють експлуатацп виробу. За результатами досшджень вико-нано (як приклад) розрахунок мщносп заднього вузла стiльця столярного ВАТ МК "Стрий" моделi "Соршо" за найнесприятливiших умов статичного його навантажен-ня масою людини. У висновках наведено практичш рекомендацп.

Prof. Z.Yo. Dyachun -NUFWTof Ukraine Strength of carpenter chair's rear assembly

The issue of strength of carpenter chair's rear assembly is examined. For this purpose the analytic analysis of influence of various factors on a flat frame tenon has been carried out. Influence of tenon's flanges, rims, and cheek geometry on joint efficiency has been studied. Graphic relations of influence of tenon geometry on the junction's safety factor have been studied; various constructive variants of the junction's design which provide operational security of the product have been suggested. On the basis of the research, strength estimation (as an example) of rear assembly of carpenter chair Sorino model produced by JSC MK Striy, under worst conditions of static load with human mass has been carried out. The summary contains practical suggestions.

Мщшсть ^ei чи iншоi конструкцп можна визначати такими шляхами - методом складання розрахунюв на мщшсть, руйнуванням конструкцп або шляхом стендових випробувань тривалими або прискореними методами. В конструюванш мебл1в прогнозувати необхщну мщшсть виробу чи окремо-го вузла можна шляхом розрахунюв на мщшсть, або, маючи реальний об'ект, провести стендов! випробування на спещальних пристроях. Як правило, ди-