WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

На рисунке 2.1 представлена зависимость момента сил, необходимого для прессования при гнутье, полученная на основе экспериментальных данных.

Рисунок 2.1 – Момент сил, необходимый для прессования при гнутье

Рисунок 2.2 – Момент сил, необходимый для сложного поперечного гнутья

На рисунке 2.2 изображена зависимость момента сил, необходимого для сложного поперечного гнутья, полученная в результате эксперимента.

Из приведенных графиков видно, что в случае использования формулы (2.1) необходимый для сложного поперечного гнутья крутящий момент будет сильно завышен. Это подтверждает правильность наших предположений.

Величина действительного изгибающего момента при гнутье может быть вычислена путем умножения значения момента, необходимого для прокатки, на соответствующий предложенный нами переводной коэффициент из таблицы 2.1.

Таблица 2.1 – Переводные коэффициенты

Темпера-

тура, С

Влажность при гнутье, %

8

10

15

20

80

0,52

0,57

0,70

0,84

90

0,68

0,74

0,94

1,11

100

0,88

0,97

1,23

1,36

110

1,11

1,23

1,47

1,41

120

1,31

1,41

1,48

1,17

В третьем разделе представлены методики подготовки образцов, нагрева в поле СВЧ, исследования стабильности приданной при гнутье формы и доли влагозамороженной деформации в общей, изучения зависимости напряжений от вдавливания прессующего ролика, определения способности к гнутью в зависимости от различных температурно-влажностных условий. Приведена методика планирования эксперимента и статистического анализа результатов испытаний.

Эксперименты производились на образцах, изготовленных из древесины дуба и гибрида тополь белыйосина в соответствии с ГОСТ 16483.21 двух типоразмеров: 10х20х350 мм и 20х20х350 мм. Кроме того, были изготовлены дополнительные образцы из древесины дуба с сечение 2020 мм и длиной 87; 175; 250 мм, а также образцы с размерами 4040350 мм. Каждый образец был промаркирован. Для приведения влажности образцов к требуемой величине использовалась климатическая камера. Влажность варьировалась от 10 до 40%.

Пластификация образцов осуществлялась путем нагрева в микроволновой печи Panasonic NN-C2003S. С целью получения более равномерного нагрева древесины и во избежание возникновения стоячих волн нагрев производился в присутствии дополнительного источника диэлектрических потерь в виде химических стаканов с водой. Кроме того, указанный способ нагрева оказался удобным для определения мощности, затрачиваемой на нагрев древесных образцов, калориметрическим методом.

Измерение температуры производилось с помощью термопар, входящих в комплект мультиметров DT-838 сразу же после прекращения нагрева. При этом определялась максимальная и средняя температура нагрева в центре образца и сечении, удаленном на длины от торца соответственно.

Влажность образцов определялась весовым способом по ГОСТ 16483.7-71.

Суть методики определения стабильности приданной формы заключалась в изгибе дубовых образцов на специально изготовленном стенде после нагрева в СВЧ-печи с последующей фиксацией образцов, выдержки в герметичном состоянии в течение одного месяца и проведении контрольных замеров изменения стрелы прогиба. Доля влагозамороженной деформации в общей определялась по изменению стрелы прогиба после увлажнения изогнутых образцов до влажности, которая была при гнутье и выдержки в течение месяца. Влажность в экспериментах варьировалась от 8 до 20%, температура нагрева от 80 до 120С.

Исследование зависимости напряжений, возникающих в древесине дуба, от вдавливания прессующего ролика производилось путем вдавливания металлического ролика в предварительно нагретый образец на специально изготовленном стенде. При этом определялась зависимость прессующей нагрузки от глубины вдавливания с помощью индикатора часового типа.

Для исследования способности древесины дуба и гибрида тополь белыйосина к гнутью была изготовлена установка ротационного типа, имеющая 15 сменных шаблонов с разными радиусами кривизны.

Алгоритм проведения экспериментов включает нагрев образцов до заданного температурно-влажностного состояния в поле СВЧ, гнутье, охлаждение на шаблоне (досушку и охлаждение, если влажность при гнутье больше 8%), выдержку в герметичном состоянии в течение месяца с периодическим измерением стрелы прогиба. Далее производилось вымачивание в воде при комнатной температуре до влажности 30% и определялось изменение стрелы прогиба.

Степень упрессовки для дуба равнялась 5%, для гибрида варьировалась от 30 до 50%. Скорость гнутья 45 град/с.

В четвертом разделе представлены результаты экспериментов.

Получены математические модели процесса СВЧ-нагрева, позволяющие разрабатывать режимы нагрева образцов до заданных температурно-влажностных состояний.

Уравнения регрессии в натуральных показателях для древесины дуба имеют следующий вид:

1. h=10 мм:

(4.1)

(4.2)

(4.3)

ограничения:

; ;.

2. h=20 мм:

(4.4)

(4.5)

(4.6)

(4.7)

(4.8)

ограничения:

; ;.

Уравнения регрессии в натуральных показателях для древесины гибрида:

1. h=10 мм:

(4.9)

(4.10)

(4.11)

ограничения:

; ;.

2. h=20 мм:

(4.12)

(4.13)

(4.14)

(4.15)

(4.16)

ограничения:

; ;.

В приведенных математических моделях использованы следующие обозначения входных и выходных параметров:

t – продолжительность нагрева, с;

Wн – начальная влажность образца, %;

Тср – средняя температура образца, С;

Wк – влажность образца после нагрева, %;

Руд – удельная мощность, поглощенная образцом, Вт/см3;

ТL – перепад температуры между центром и сечением, удаленным на длины от торца, С;

ТS – средний перепад температуры по толщине образца, С.

На рисунках 4.1 – 4.5 представлена графическая интерпретация полученных моделей для дубовых образцов с размерами 2020350 мм.

Рисунок 4.1 – Зависимость конечной влажности дубовых образцов от температуры нагрева

Рисунок 4.2 – Зависимость температуры дубовых образцов от продолжительности нагрева

Рисунок 4.3 – Зависимость среднего перепада температуры по толщине от средней температуры нагрева дубовых образцов

Рисунок 4.4 – Зависимость перепада температуры между центром и сечением, удаленным на длины от торца от средней температуры нагрева дубовых образцов

Рисунок 4.5 – Зависимость удельной мощности, требуемой для нагрева дубовых образцов от температуры

В результате обработки экспериментальных данных по определению стабильности приданной формы и доли влагозамороженной деформации в зависимости от различных температурно-влажностных условий при гнутье получены математические модели, представленные уравнениями регрессии (4.17) и (4.18) с ограничениями.

Уравнения регрессии в натуральных показателях имеют следующий вид:

  • для относительной величины изменения стрелы прогиба (стабильности приданной формы)

(4.17)

  • для доли влагозамороженной деформации в общей

(4.18)

ограничения:

;.

Получено уравнение регрессии, описывающее зависимость напряжений, возникающих в древесине дуба, от вдавливания прессующего ролика в зависимости от различных температурно-влажностных условий:

=a+b, (4.19)

где – напряжения, возникающие в древесине от вдавливания металлического ролика, МПа;

– степень прессования, %;

a и b – коэффициенты:

(4.20)

(4.21)

В уравнении (4.19) варьируется от 5 до 30%.

В случае использования прессующего ролика с диаметром, не равным 112 мм, величину напряжения, полученную по формуле (4.19), необходимо скорректировать с помощью уравнения:

, (4.22)

где, МПа - напряжения в древесине от вдавливания ролика;

dв – диаметр прессующего ролика, мм ;

z – свободный член.

По формуле (4.22) для известных и dв=112 мм определяется z, после чего определяются напряжения от вдавливания ролика с другим диаметром. Уравнение может быть использовано для dв 60-120 мм.

В результате исследования процесса гнутья древесины дуба и гибрида получены математические модели (4.23) - (4.27).

Уравнения регрессии в натуральных показателях имеют следующий вид:

  • для дуба:

способность к гнутью

(4.23)

стабильность приданной формы

(4.24)

разгиб при увлажнении

(4.25)

момент при изгибе

(4.26)

ограничения:

;.

  • для гибрида

(4.27)

ограничения:

; ;.

Рисунок 4.6 – Звисимость способности к гнутью древесины дуба от температуры его нагрева

Рисунок 4.7 – Зависимость способности к гнутью древесины гибрида от температуры его нагрева

На основе полученных данных можно рекомендовать следующие значения температуры и влажности при гнутье:

  • для дуба

для задней ножки стула (h/R=1/23) – Wк=10%, Tср=105-113С;

для спинки стула (h/R=1/35) – Wк=8%, Tср=105-113С.

При этом стабилизация заключается в обычном охлаждении.

  • для гибрида

Древесину гибрида целесообразно гнуть при степени упрессовки 50%. Влажность при гнутье должна быть 12-20%, средняя температура зависит от влажности:

при Wк=12-15% Тср=105-110С;

при Wк=16-20% Тср=97-105С.

С целью определения оптимальных значений технологических параметров Xi, обеспечивающих наилучшие показатели целевых функций Yi в результате гнутья массивной древесины дуба была проведена многокритериальная оптимизация процесса. Для этого определялось направление оптимизации каждой функции. Направления оптимизации исследуемых функций отклика следующие: отношение при гнутье (h/R)max, момент при изгибеmin, относительная величина изменения стрелы прогибаmin, разгиб при увлажненииmin.

На входные контролируемые параметры накладывались ограничения: влажность древесины, 8Wк20 %; температура, 80Тср120С.

Для решения задачи многокритериальной оптимизации использовалась программа Mathcad 2001 Professional. Оптимальные показатели входных и выходных величин представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Оптимальные значения параметров и показателей процесса гнутья

Наименование параметров и показателей

Оптимальное значение

Х1

Влажность заготовки перед гнутьем, %

20

Х2

Температура заготовки перед гнутьем, С

102

Y1

Отношение при гнутье h/R

1/15,4

Y2

Относительная величина изменения стрелы прогиба, %,

0

Y3

Разгиб при увлажнении, %

16,7

В пятом разделе произведены расчеты себестоимости производства гнутых деталей по традиционной и предлагаемой технологиям. Достигаемый экономический эффект заключается в увеличении прибыли в связи с отсутствием затрат электроэнергии и технологического пара на стабилизационную сушку гнутых заготовок. Кроме того, значительно снижается продолжительность технологического процесса гнутья в целом, резко сокращается потребное количество оснастки для гнутья.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

В результате проведенных исследований и решения поставленных в диссертации задач получены следующие научные и практические результаты.

1. Исследован процесс СВЧ-нагрева древесины в объемном резонаторе в присутствии дополнительного источника диэлектрических потерь, получены уравнения регрессии, позволяющие разрабатывать режимы нагрева заготовок до заданных температурно-влажностных состояний.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»