Технология склеивания древесины с применением рентгенографии для контроля клеевых соединений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат технических наук Тамби, Александр Алексеевич

• Тамби, Александр Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тамби, Александр Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Систематизация факторов, влияющих на формирование клеевых соединений цельной древесины.

1.2. Методы оценки качества пиловочника и пиломатериалов в зависимости от их дальнейшего назначения.

1.3. Способы оценки физико-механических свойств пиломатериалов и методы подготовки поверхности древесины к склеиванию.

1.4. Методы контроля качества клеевых соединений цельной древесины

1.5. Выводы. Цель и задачи исследования.

2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

2.1. Общие положения.

2.1.1. Применяемые методики исследования.

2.1.2. Исходные материалы.

2.1.3 Подготовка ламелей к склеиванию.

2.2. Оборудование для проведения эксперимента.

2.3 Методика проведения экспериментальных работ.

2.3.1 Методика оценки точности и стабильности обработки ламелей в размер по сечению.

2.3.2 Методика определения шероховатости поверхности ламелей.

2.3.3 Методика определения угла смачивания.

2.3.4. Методика определения прочности клеевого соединения.

2.3.5. Общая методика исследования толщины клеевого соединения методами оптической микроскопии и рентгенографии.

2.3.6. Методика исследования клеевого соединения методами сканирующей электронной микроскопии.

2.3.7. Методика определения плотности контактных слоев древесины в зависимости от количества сучков на ее поверхности.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПОДГОТОВКИ ДРЕВЕСИНЫ К СКЛЕИВАНИЮ И ЕЁ СКЛЕИВАНИЯ.

3.1. Исследование точности изготовления ламелей по толщине.

3.2. Исследование смачиваемости древесины вододисперсионными клеями.

3.3. Исследование прочности клеевых соединений в зависимости от влажности древесины, расхода клея и давления прессования.

3.3.1 Исследование прочности клеевых соединений в зависимости от влажности древесины.

3.3.3. Исследование влияния давления прессования на прочность клеевого соединения.

3.4. Исследование клеевого соединения методами электронной сканирующей и световой микроскопии, рентгенографии.

3.5. Определение взаимосвязи прочности клеевого соединения и величины "рентгеновской тени".

ВЫВОДЫ.

4. ОБОСНОВАНИЕ УСЛОВИЙ И РЕЖИМОВ СКЛЕИВАНИЯ КЛЕЕНЫХ БРУСКОВ И МЕТОДА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

4.1 Выделение факторов, существенно влияющих на прочность клеевого соединения.

4.2. Вывод уравнения связи и его исследование.

ВЫВОДЫ.

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ

МЕТОДА РЕНТГЕНОГРАФИИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

5.1 Разработка логистической модели контроля процесса производства клееных оконных брусков.

5.2 Экономическая эффективность внедрения предлагаемого метода.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология склеивания древесины с применением рентгенографии для контроля клеевых соединений»

Актуальность темы. Увеличение производительности оборудования для переработки древесины, повышение требований к продукции и необходимость постоянного мониторинга качества на всех технологических участках производства требуют совершенствования методов контроля сырья, материалов и технологии.

Появление нового оборудования и способов подготовки поверхностей к склеиванию способствует повышению качества получаемой продукции, од» нако требует разработки условий и технологических режимов их применения.

Используемые в настоящее время методы контроля качества материалов и изделий из древесины являются трудоемкими и длительными. При их использовании трудно выявить появление брака на ранних стадиях и избежать производства бракованной продукции.

При увеличении скорости обработки древесины и древесных материалов на современном оборудовании оперативность проведения дефектоскопии приобретает все большую важность.

Таким образом, задачи совершенствования технологии склеивания и разработки новых методов дефектоскопии клееных материалов из цельной древесины, способных работать в условиях поточного производства, являются актуальными, а создание установок для дефектоскопии на базе существующего оборудования будет достаточно востребованным и экономически целесообразным.

Цель работы. Повышение качества клееных древесных материалов и эффективности их производства.

Объектом исследования являются клееные материалы из цельной древесины.

Предметами исследования являются процессы склеивания клееного бруска и контроля качества клеевого соединения.

Научной новизной обладают:

1. Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности использования рентгенографии для оценки качества клеевых соединений.

2. Обоснование степени влияния способа фрезерования на качество поверхности древесины перед склеиванием.

3. Методика сплошного неразрушающего контроля качества клееных материалов из цельной древесины.

4. Математико-статистические модели процессов подготовки поверхности и склеивания древесины.

Научная гипотеза. Наличие корреляционной связи между прочностью клеевого соединения и толщиной клеевого слоя, определяемого рентгенографией, позволит оценить качество клеевых соединений древесины. 1

Достоверность сформулированных в диссертации гипотез, выводов и рекомендаций обеспечивается обоснованными упрощениями и корректными допущениями при. замене реальных процессов моделями, современными средствами научного проникновения, включая теорию адгезии; методами и средствами экспериментальных исследований: рентгенографии, сканирующей электронной микроскопии; подтверждением адекватности разработанных моделей, результатами испытаний, проведенных на предприятиях отрасли.

Практическая значимость работы. Научно обоснован и экспериментально проверен метод рентгенографии для контроля качества клееных брусков из цельной древесины.

Установлены параметры использования рентгеновской аппаратуры при дефектоскопии клееных брусков из цельной древесины.

Определено влияние метода фрезерования на качество поверхности древесины перед склеиванием.

Применение в промышленном производстве полученных результатов позволит:

1. Повысить качество формирования клеевых соединений.

2. Повысить достоверность сортировки клееных брусков из цельной древесины.

3. Определять место в технологическом процессе, на котором происходит образование бракованной продукции.

Теоретические, методологические и информационные основы исследования. Информационную базу исследования составили материалы научных исследований специалистов, научная, учебная и методическая литература, материалы периодических изданий, патентная информация, сведения из сети Интернет.

Исследования проводились с использованием принципов системного подхода, включающего методы эмпирического исследования. Инструменты, приборы и установки, выбранные для экспериментов, соответствовали по точности современным требованиям.

Основные научные и практические результаты, полученные лично автором:

- разработана классификация факторов, влияющих на формирование 1 клеевых соединений цельной древесины;

- определены характеристики поверхности древесины с различным направлением волокон при их обработке цилиндрическим и торцовым фрезерованием;

- разработано математическое описание процесса формирования клеевого соединения;

- обоснованы параметры источника и преемника рентгеновского излучения;

- разработана логистическая модель контроля качества технологического V процесса производства клееных брусков из цельной древесины.

Место проведения. Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С.М. Кирова на кафедре технологии лесопиления и сушки древесины.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях факультета механической технологии древесины в 2007-2009 гг.; на международных научно-практических конференциях Первичная обработка древесины. Лесопиление и сушка пиломатериалов. Состояние и перспективы развития, Санкт-Петербург, 2007; Первичная обработка древесины. Лесопиление и сушка пиломатериалов. Состояние и перспективы развития, Санкт-Петербург, 2008. Современные проблемы лесозаготовительных производств, производства материалов и изделий из древесины: пиломатериалы, фанера, плиты, деревянные дома заводского изготовления, столярно-строительные изделия, 2009. По заказу Правительства Санкт-Петербурга выполнен проект на тему: «Применение рентгенографии для оценки качества склеивания древесины». Промышленная проверка результатов исследования проведена на ООО «ДОЗ Технопарк - Сосново» и ООО «Строй Дом».

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, библиографического списка из 97 наименований, содержит 141 страницу основного текста, 46 рисунков, 24 таблицы, 7 приложений.

Заключение диссертации по теме «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки», Тамби, Александр Алексеевич

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработанный метод бесконтактной дефектоскопии с использованием рентгеновского излучения может быть использован в производстве клееных брусков для оценки качества клеевых соединений.

2. Использование метода рентгеновской дефектоскопии позволяет получить информацию о распределении клея, наличии непроклеенных площадей, о местоположении и виде пороков древесины. Метод позволяет: диагностировать различия в толщинах клеевого слоя в каждой конкретной балке; отклонения геометрических параметров заготовок; плотность и направление волокон древесины. Применение метода возможно при высоких требованиях к точности изготовления брусковых элементов и шероховатости их поверхности.

3. Одним из критериев прочности клеевых соединений из древесины может служить величина "рентгеновской тени", которая характеризует толщину зоны древесины пропитанной клеем* и ее сплошность.

4. Существенное влияние на прочность клеевого соединения при использовании клеев на основе ПВА, а, соответственно и на толщину "рентгеновской тени" оказывает плотность контактных (поверхностных) слоев древесины, зависящая от вида пиломатериалов (радиальные, полурадиальные, тангенциальные), объемов поздней и ранней древесины, а также наличия здоровых сросшихся сучков.

5. Использование методов торцового и цилиндрического фрезерования поверхности» древесины перед склеиванием позволяет сделать заключение, что использование торцового фрезерования повышает способность древесины смачиваться поливинилацетатными клеями. Это связано с отсутствием смятия поверхности древесины при фрезеровании и плавления на ее поверхности натуральных смол и камеди, ухудшающих способность древесины смачиваться.

6. В результате проведенных исследований определены рациональные условия и режимы склеивания при использовании клея "Клебит-303", обеспечивающие требуемую прочность клеевых соединений и возможность контроля рентгенографией. Расход клея, г/м - 120-140: давление склеивания, МПа — свыше либо равное 0,68; продолжительность выдержки в прессе под давлением, мин - 45; мощность источника излучения, кВт — 48; фокусное расстояние, м - 1,1; время экспозиции - 0,04 с.

Связь между выходным параметром и влияющими факторами достаточно точно описывается уравнением (4.4).

7. Использование на производстве разработанной логистической модели процесса контроля качества, в основе которой лежит предложенная классификация факторов, влияющих на формирование клеевого соединения, позволит в процессе изготовления клееных конструкций снизить объемы брака путем оперативного выявления участков, на которых нарушается технология.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тамби, Александр Алексеевич, 2009 год

1. Аксенов П. Iii Технология пиломатериалов. 2-е изд. М.: Лесная промышленность, 1976.- 480 с.

2. Бирюков В.Г. Исследование структуры клеевого шва фанеры методом микроскопии // Лесной журнал, 1983. № 6. С. 67-70.

3. Беллон К., Жуковский М.Е., Йениш Г.-Р., Подоляко C.B. Численное моделирование процессов рассеяния рентгеновского излучения при радиографическом контроле материалов http://www.keldysh.ru/papers/2005/art 15/def.html

4. Брегер А.Х. Источники ядерных излучений и их применение в радиа-ционно-химических процессах. Под ред. Карпова В:Л. Информ.-М.: 1960. 130 с.

5. Варанкина Г.С., Черных П.П. Технология клееных материалов и плит: -СПб. :СПбГЛТА, 2007.- 48 с.

6. Вахнина Т.Н. Технология клееных материалов и древесных плит : учеб. пособие. Кострома: КГТУ, 2004. 42 с.

7. Ващев Н.В., Гончаров H.A., Егоров В.А. Технология изделий из древесины. Лабораторный практикум. Л.: СПбГЛТА., 1982. 82 с.

8. Ващев Н.В. Влияние влажности воздуха и древесины на прочность клеевых соединений. -М.: Лесная промышленность, 1966. 86 с.

9. Ветшева В.Ф., Черепанова С.А. Влияние выхода пиломатериалов на расход, древесины и ценность баланса //Окружающая природная среда и экологическое образование и воспитание: сб. материалов Всерос. на-учн.-практ. конф. Пенза, 2001. С. 28-30.

10. Ветшева В.Ф., Трофимук Л.А. Пораженность пороками досок низкого качества отпада от экспорта Лесн. вестник, 2000. № 3. С. 69- 71.

11. Ветшева В.Ф., Малькевич М.В. Получение клееных пиломатериалов и заготовок из низкокачественных пихтовых досок //Проблемы химико-лесного комплекса, сб. науч. тр. Всесоюз. научн.-практ. конф. Красноярск, 1993. т. 3. с. 32.

12. Волынский В.Н. Единое уравнение связи между модулем упругости* и пределом прочности пиломатериалов при изгибе. //Материалы симпозиума "Строение, свойства и качество древесины" 96. М., МГУЛ, -1996. С. 108-112.

13. Волынский В.Н. Влияние влажности и температуры на механические показатели древесины с учетом ее плотности. ИВУЗ Лесной журнал, 1991, №5, С.75-79.

14. ВолынЬкий В.Н. О взаимосвязи прочности древесины с несколькими ее параметрами, определяемыми неразрушающим способом. ИВУЗ. Лесной журнал, 1991, №1, С. 60-64.

15. Волынский В.Н. Особенности проявления масштабного фактора при изгибе древесины. ИВУЗ Лесной журнал, 1990, №2, С. 75-78.

16. Волынский В.Н. Оценка прочности древесины по д ву м параметрам. //Сборник трудов. Ресурсосбережение в деревообработке и производстве мебели, Минск, 1989, С. 13-15.

17. Волынский,В.Н. Послойный подбор жесткости клееных деревянных конструкций. ИВУЗ. Строительство и архитектура, 1976, №3, С. 163165.

18. Волынский В.Н. Сравнение результатов визуальной и*прочностной сортировки заготовок для автостроения. М., ВНИПИЭИЛеспром, Инф. М.О.Д., 1973, №2, С. 9-10.

19. Волынский В.Н. Технология клееных материалов. Учебн. пособие -2-е изд., испр. и доп. Архангельск, 2003. 280 с.

20. Вороницин В.К. Исследование и разработка ультразвукового метода контроля шероховатости поверхности изделий из древесины и древесных материалов /Текст/: дис. канд. техн. наук: 05.21.05: утв. 04.04. М., 1972.- 176 с.

21. Глухих В.Н. Анизотропия древесины как фактор для повышения качества сушки пиломатериалов: -СПб.:СПб Университет, 2007. 163 с.

22. Голубев Б.П. Дозиметрия и защита от ионизирующих излучений. М. Атомиздат, 1976. 503 с.I

23. Горбачева JT. Н. К вопросу распределения сучков на поверхности сосновых бревен. М.: Научные трубы МЛТИ, 1973 г. № 56. С. 27-34.

24. Губенко А.Б. Изготовление клееных деревянных конструкций и деталей. М.: Лесная промышленность, 1967. - 347 с.

25. Дорофеев Л.Г. Зависимость сучковатости от толщины ствола //в кн. Механизация обрезки сучьев: Труды ЦНИИМЭ. Химки, 1978. С. 40-45.

26. Емельяненко В.Л. Радиационно-опасные объекты. Саратов. СГУ. 2000.- 68 с.

27. Загонов П.Н., Жуковский М.Е., Подоляко C.B., Скачков М.В., Тиллак

28. Г.Р., Беллон К. Применение поверхностно ориентированного описания объектов для моделирования трансформации рентгеновского излучения в задачах вычислительной диагностики. М., Математическое моделирование. 2004, т. 16, №5, С.103-116.

29. Исаев С. П. Технологическая интеграция лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств. Хабаровск. ТОГУ, 2006. 183 с.

30. Калитеевский Р. Е. Лесопиление в 21 веке. С-Пб, Профи Информ, 2005.- 474 с.

31. Калитеевский P.E. Технология лесопиления. — М.: Лесная промышленность, 1979.-264 с.

32. Калитеевский Р. Е. Автоматизация технологических процессов лесопиления. — М.: Лесная промышленность, 1979. 339 с.

33. Калитеевский P.E., Тамби A.A., Артеменков A.M. Информационные технологии оптимизации сортировочных групп бревен. Лес и бизнес №9,2007 г. С. 28-31.

34. Калитеевский P.E., Артеменков A.M., Тамби A.A. Роль и задачи информационных технологий лесопиления. Лес и бизнес №1, 2007 г. С. 34-37.

35. P.E. Калитеевский, A.M. Артеменков, A.A. Тамби, A.B. Гаврюков. Методика и пример расчета процессов окорки, сортировки и накопления1 пиловочных бревен. Архангельск ИВУЗ "Лесной журнал", №2. 2008 г., С.53-60.

36. Кармадонов А.Н. Дефектоскопия древесины, М.: Лесная промышленность, ,1987. 120 с.

37. Ковальчук Л.М. Технология склеивания. М. Лесная промышленность, 1973.-207 с.

38. Ковальчук Л., Диева Т., Паук С., Заводской контроль прочности клеевых соединений деревянных конструкций и его эффективность. http://www.stroymart.com.Ua/ru/publications/l 164

39. Ковальчук Л.М. Производство деревянных клееных конструкций. М.: Лесная промышленность, 1979. 215 с.

40. Корнеев В.И. Совершенствование производства и потребления конструкционных пиломатериалов. Автореферат диссертации на соискание степени кандидата технических наук. Л., ЛТА, 1987, 9 с.

41. Корнеев В. И. Эффективность прочностной сортировки пиломатериалов. Лесной журнал. № 6, 1982 г. с. 69.

42. Куликов В.А., Чубов A.B. Технология клееных материалов и плит. -М.: Лесная промышленность, 1984. 343 с.

43. Лакатош Б.К. Дефектоскопия древесины, М.: Лесная промышленность, 1966 г. 183 с.

44. Леонтьев Н.Л. Техника статистических вычислений. Л.: Гослесбумиз-дат, 1961.-231 с.

45. Леонтьев Н.Л. Оценка качества круглых лесоматериалов, М. "Лесная промышленность", 1977. 96 с.

46. Михайлов А.Н. Роль давления при склеивания древесины. — Л.: ЛТА, 1966. 39 с.

47. Москвитин Н.И. Физико-механические основы процессов склеивания иiприлипания. М.: 1974. 192 с.

48. Мурзик B.C. Клеи и процесс склеивания древесины: Учеб. пособие для .вузов, Воронеж: Воронежский лесотехнический ин-т, 1993. 88 с.

49. Современные методы контроля материалов без разрушения //под ред. С. Т. Базарова, М., 1961. 243 с.

50. Оборудование для дефектоскопии. Тип, модель, устройство. http://www.antiteiTor.com.ru

51. Огурцов В.В. Определение необходимой точности измерений прочности конструкционных пиломатериалов при их сортировке. ИВУЗ Лесной журнал, 1981, №6, с. 100.

52. Огурцов В.В. Исследование процесса сортировки пиломатериалов по механическим свойствам. Автореферат диссертации на соискание степени кандидата технических наук. Л., ЛТА, 1977. 19 с.

53. Отчет о НИР 3-Н №32 Моделирование процесса формирования клеевого соединения при склеивании древесины. Руковод. Чубинский А.Н.', Отв. Исполнитель Сосна Л. М. СПб.: СПбГЛТА, 1996 г. 67 с.

54. Песоцкий А.Н., Ясинский B.C. Рациональное использование древесины в лесопилении. М.: Лесная промышленность. 1977. 127 с.

55. Песоцкий А.Н. Лесопильное производство. М.: Лесная промышленность. 1970.-432 с.

56. Пижурин А.А., Розенблит М.С. Исследования процессов деревообработки. М.: Лесная промышленность, 1984. 232 с.i

57. Погонаж, клееный брус, цены Санкт-Петербург, прайс лист http://www.welldom.ru/69.0Lhtml

58. Полубояринов О.И. Сучковатость древесного сырья. Л.: 1972 г. 56 с.

59. Полубояринов О. И. Оценка качества древесного сырья. Л.: 1971 г. 48 с.

60. Промышленные рентгеновские аппараты, http://www. technom-t.ru/rentgen.html

61. Сергеевичев B.B. Моделирование процесса механической прокаткиIдревесных материалов. Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии, СПб.: СПбГЛТА, 2006. С.134-140.

62. Сосна Л.М., Чубов А.Б. Технология клееных материалов^ плит. Учебное пособие по выполнению практических работ: -СПб.: СПбГЛТА, 2007. 76 с.

63. Сосна Л.М. Технология механической переработки древесины.: Методические указания по проведению практических работ для специальности 080109, 080100, 080500 -Санкт-Петербург.: СПбГЛТА, 2007. -47 с.

64. Стовпюк Ф.С., Кандакова E.H. Технология изделий из древесины: СПб.: СПбГЛТА, 2007. 96 с.

65. Тамби A.A. Целесообразность введения методов ионизационной дефектоскопии в процессе производства конструкционных пиломатериалов. Материалы Международной научно-практической конференции, 30-31 марта СПб.: СПбГЛТА 2007. С. 71 -74.

66. Тамби A.A. Логистическая модель контроля процессов производства клееных оконных балок. Материалы V Международной научно-практической конференции, 28-29 марта СПб.: СПбГЛТА, 2008. С. 26-32.