3.3. Расчёт экспериментальных исследований поведения узлов, собранных оригинальным способом

Для проведения экспериментальной части диссертационного исследования, задачей которого стала определение оптимального режима термосиловой обработки плит, был выбран двухфакторный эксперимент на трёх уровнях варьирования. Кодовые обозначения факторов и интервалы их варьирования приведены в таблице 3.3 . С целью определения оптимального режима обработки плит было выбрано 4 образца плит ДСтП, предварительно не подвергшихся калиброванию. Таким образом, общее число опытов составило 36 [26]:

Р^k *N = 3² * 4 = 36 ; (3.1)

где:

P – число уровней варьирования;

K – число факторов,

N – число плит.

Для получения фактора X₁ (усилие прижима пластины) на трёх уровнях варьирования были выбраны значения усилия прижима термопротяжной пластины в 10 кг (98,1 Н), 30 кг (294,3 Н) и 50 кг ( 490,5 Н). Усилие прижима термопротяжной пластины создавалось при помощи пружин, которые расположены в термопротяжном узле за пластиной (см. рисунок 3.4). Задания усилия пружин на пластину проводились при помощи стальных грузов соответствующих масс (10, 30 и 50 кг) и регулировочных болтов, крепящих пластину на противовесе. Контроль массы стальных грузов замерялся на бытовых весах (рисунок 3.13, 3.14). Выступ поверхности пластины от противовеса замерялся при помощи штангенциркуля. При нагрузке в 10 кг на пластину выступ пластины от противовеса составил 1мм. Таким образом, жёсткость пружин составила 98,1 кН/м. Для увеличения усилия прижима в 30 и 50 кг под пружины подкладывались регулировочные шайбы так, чтобы выступ пластины от противовеса не изменился и составил 1мм.

Для получения фактора X₂ ( температура нагрева пластины ) на трёх уровнях варьирования, как выше было сказано, были выбраны значения температур: 160 ⁰C, 200 ⁰С., 240 ⁰С. Нагрев термопротяжной пластины с целью измерения шероховатости плиты на опытной экспериментальной установке осуществлялся принудительно контактным методом с помощью газовой горелки с пропан – бутановым топливным элементом. Измерение температуры пластины осуществлялось непосредственно контактным методом с помощью термометра сопротивления (термопары). Модель ТС 742 – L2. Pt (платинового) типа с диапазоном измеряемых температур от – 50 до + 250 ⁰С.

Рисунок 3.11 .Термометр сопротивления (термопара) ТС 742 – L2. Pt типа для измерения температуры термопротяжной пластины контактным методом.

Значения показания температуры термометра сопротивления ТС 742 – L2 снимались с помощью термодата , модель Термодат – 10М5/1УВ/1Р с электронным табло считывания температуры от термопары (термометра сопротивления).

Рисунок 3.12. Термодат – 10М5/1УВ/1P для снятия показания температуры с термометра сопротивления

Определим давление термопротяжной пластины на плиту при каждом значении фактора X₂ (усилие прижима пластины). Рабочая площадь поверхности термопротяжной пластины составляет S = 407мм².

Таблица 3.4. Давление термопротяжной пластины в зависимости от усилия прижима.

Шероховатость поверхности плиты Давления кПа.241,032723,0961205,16Усилие прижима кг. Rm , мкм Рисунок 3.13. Весы бытовые для контроля массы стальных грузов Рисунок 3.14. Весы бытовые со стальным грузом Для измерения значений шероховатости поверхности плит после термосиловой обработки использовался микроскоп ТСП – 4 Рисунок 3.15. Микроскоп ТСП – 4 Микроскоп ТСП – 4 позволяет делать снимки вершин и впадин неровностей обработанной поверхности ДСтП. [82] Для фотографической съёмки шероховатости обработанной поверхности ДСтП к окуляру микроскопа ТСП – 4 был присоединён цифровой фотоаппарат “OLIMPUS FE – 100” с разрешением матрицы 4 Мпс с 4 – х кратным приближением. Фотографирование происходило с включённой функцией “микроэлементы” с отключённой световой вспышкой. Рисунок 3.16. Шероховатость Rm поверхности ДСтП после обработки, определяемая микроскопом ТСП – 4 Из всех видов шероховатостей (Ra , Rz , Rm) шероховатость Rm (Rmax) наиболее точно отражает процессы резания, контактирования и поверхность шлифования плиты. Rm - наибольшая высота неровностей профиля поверхности. Ra – среднее арифметическое отклонения профиля. Rz – высота неровности профиля по 10-ти точкам.[51] В ходе обработки эксперимента была получена таблица выходных параметров от варьируемых факторов. Варьируем фактор X2 при максимальном значении фактора X1 ,что составляет нагрузку на термопротяжный орган 50 кг. Снимаются показания значения шероховатости поверхности плиты по наибольшему показателю. При этом частота вращения фрезы минимальна и составляет 2,613 м/с, а частота вращения водила максимальна и составляет 6,256 м/с. Скорость подачи заготовки также постоянна и составляет 0,085 м/с. Таблица 3.5. Варьирование температурного фактора при постоянном усилии 50кг и полученные шероховатости поверхности плиты Температура поверхности пластины T, 0C	10
1603050	197
200	182
240	176

Из таблицы 3.5 видно наибольшее снижение шероховатости поверхности плиты достигается при наибольшей температуре пластины. Однако, при температурах более 200⁰C такое снижение происходит незначительно.

Построим график зависимости температуры поверхности пластины и шероховатости плиты.

Рисунок 3.17. Зависимость полученной шероховатости плиты от температуры пластины при нагрузке 50кг

С помощью программного обеспечения Microsoft Office Excel была получена функция в виде уравнения Y=0,0028 X² – 1,3875 X + 347 с коэффициентом детерминации R² = 0,98

Варьируем фактор X₂ при среднем значении фактора X₁ ,что составляет 30кг.

Таблица 3.6. Варьирование температурного фактора при постоянном усилии 30кг и полученные значения шероховатости поверхности плиты

Температура поверхности пластины T, 0C	Шероховатость поверхности плиты Rm , мкм
160	264
200	249
240	236

Рисунок 3.18. Зависимость полученной шероховатости плиты от температуры пластины при нагрузке 30кг.

С помощью программного обеспечения Microsoft Office Excel была получена функция в виде уравнения Y = 0,0006 X² – 0,6 X + 344 c коэффициентом детерминации R² = 0,9998.

Варьируем фактор X₂ при минимальном значении фактора X₁ ,что составляет 10кг.

Таблица 3.7. Варьирование температурного фактора при постоянном усилии 10кг. и полученные значения шероховатости поверхности плиты

Температура поверхности пластины T, 0C	Шероховатость поверхности плиты Rm , мкм
160	287
200	265
240	250

Рисунок 3.19. Зависимость полученной шероховатости плиты от температуры пластины при нагрузке 10кг.

С помощью программного обеспечения Microsoft Office Excel была получена функция в виде уравнения Y = 0,0022 X² – 1,3375 X + 445 c коэффициентом детерминации R² = 0,9997.

Результаты экспериментов приведены в таблице 3.8, которая отражает полученную шероховатость поверхности плиты от всех входных факторов.

Таблица 3.8. Результаты двухфакторного эксперимента на трёх уровнях варьирования

z	P, мпа	T, oС	Шероховатость поверхности Rm мкм
			Образец №1	Образец №2	Образец №3	Образец №4
1	- 1	- 1	287	280	291	284
2	- 1	0	265	263	269	275
3	- 1	1	250	244	248	252
4	0	- 1	199	204	191	195
5	0	0	182	181	178	185
6	0	1	172	179	174	170
7	1	- 1	197	184	191	196
8	1	0	182	179	174	187
9	1	1	176	171	170	183

Шероховатость древесностружечных плит определяем среднеарифметической величиной R_m

Далее определяется время нагрева термопротяжной пластины трения о поверхность ДСтП. В таблице 3.9 представлены данные эксперимента по определению времени нагрева рабочей поверхности термопротяжной пластины от трения о поверхность плиты при минимальном усилии прижима 10кг, что составляет 98,1Н . Х – время работы термопротяжной пластины в минутах, Y – температура нагрева рабочей поверхности термопротяжной пластины в градусах Цельсия.

Таблица 3.9. Данные эксперимента по определению времени нагрева пластины при усилии 10кг.

X	0	5,0	7,5	12,0
Y	26,5	69,6	126,8	251,2

Рисунок 3.20. Зависимость температуры нагрева пластины от её работы при усилии на плиту в 10кг.

С помощью программного обеспечения Microsoft Office Excel была получена функция в виде уравнения Y= 1,3242х² + 2,9802х + 25,7 с коэффициентом детерминации R² = 0,998.

Определяется время нагрева пластины при среднем значении усилия прижима, что составляет 30кг

Таблица 3.10. Данные эксперимента по определению времени нагрева пластины при усилии 30кг.

X	0	5	7,5	12
Y	26,5	100,0	148,8	267,5

Рисунок 3.21. Зависимость температуры нагрева пластины от её работы при усилии на плиту в 30кг.

С помощью программного обеспечения Microsoft Office Excel была получена функция в виде уравнения Y=0,829x² + 10,03x +26,92 с коэффициентом детерминации R² = 0,9995.

И определяется время нагрева пластины при максимальном усилии прижима пластины на плиту, что составляет 50кг.

Таблица 3.11. Данные эксперимента по определению времени нагрева пластины при усилии 50кг.

X	0	5	7,5	12
Y	26,5	130,6	169,3	283,7

Рисунок 3.22. Зависимость температуры нагрева пластины от её работы при усилии на плиту в 50кг.

С помощью программного обеспечения Microsoft Office Excel была получена функция в виде уравнения Y= 0,296x² + 17,62x + 27,89 с коэффициентом детерминации R² = 0,996.

Общий график зависимости времени нагрева пластины от усилия прижима представлен на следующем рисунке 3.23, из которого видно, что все кривые нагружения температуры выглядят не линейно. Это означает, что процесс нагрева пластины происходит не пропорционально времени работы термопротяжного узла. Объяснение этого процесса связано с повышением механической (деформационной) составляющей коэффициента трения по мере роста температуры узлов трения, что не противоречит теоретическим расчётам.

Рисунок 3.23. Общий график зависимости времени нагрева пластины от усилия прижима