Методы и средства измерений, испытаний и контроля в производстве арок стрельчатых трехшарнирных из клееной древесины

Древесина — оптимальный для России строительный материал со всех точек зрения: экономической — она весьма дешева, инженерной — пригодна для изготовления любых строительных конструкций, экологической — благотворно влияет на здоровье людей и домашних животных, географической — деревья хвойных пород в изобилии растут по всей территории страны.

Среди изделий и конструкций, в наибольшей степени отвечающих требованиям сооружений и ускорения строительства, видное место занимают клееные деревянные конструкции.

Арки — один из наиболее распространенных видов клееных деревянных конструкций (ДКК). По характеру напряженного состояния арки лучше, чем другие конструкции, отвечают природным свойствам древесины. Арки позволяют снизить площадь стен или практически обходиться без них.

Наибольшее распространение получили трехшарнирные арки стрельчатого очертания при строительстве складов минеральных удобрений, в местах их производства и потребления. Арочные конструкции широко применяют также в зрелищных и спортивных сооружениях.

Изготовление клееных арок должно производиться в заводских условиях, с соблюдением надлежащего отбора пиломатериалов и контроля качества клея и склейки, а также выполнения других технологических условий изготовления клееных конструкций.

Контроль качества проводится в испытательной лаборатории.

Приемочные испытания и методики испытаний очень важный и ответственный процесс. Для его осуществления должна быть разработана грамотная программа и методика испытаний. Они подготавливаются на основании технического задания, конструкторской документации, стандартизированных или типовых методик и различных нормативных актов, регламентирующих ход испытаний и процесс подготовки к ним.

Программа приемочных испытаний включает перечень планирующихся проверок, которые будут осуществляться в ходе приемочных испытаний, их задачи и оценки. Проверки должны раскрыть, насколько объект испытаний отвечает требованиям технического задания. Программа испытаний состоит из определенных блоков, в том числе цель и объект испытаний, порядок проведения и объем испытаний и отчетность.

Для приемочных испытаний, как правило, применяют стандартизированную методику, но, если это не так, то используемая методика должна пройти аттестацию и быть согласованной в установленном порядке.

Методика испытаний включает в себя определенные блоки, в частности порядок проведения испытаний, характеристики и показатели, которые должны оцениваться, средства проведения испытаний при измерениях, способы анализа полученных результатов, вид их обработки, подведение результатов.

Программа и методика испытаний также содержат проверку рабочей конструкторской и эксплуатационной документации, в ходе которой определяется, насколько они пригодны для промышленного производства. Приемочные испытания проводятся специально созданной комиссией. По результатам испытаний комиссия оценивает проведенную работу в соответствии с разработанной и утвержденной ранее программой и методикой. Ход и сроки испытаний могут быть различными и зависят от особенностей испытываемых объектов.

Целью данного курсового проекта является подбор основного технологического варианта и наиболее эффективного и производительного оборудования как производительного, так и испытательного. Также проектирование испытательной лаборатории при предприятии по производству арок стрельчатых трехшарнирных из клееной древесины. Ознакомление с основными методами и средствами измерений, испытаний и контроля в производстве ДКК.

1. Номенклатура выпускаемой продукции

ЗАО «КДК» выпускает арки стрельчатые трехшарнирные из клееной древесины в соответствии с ГОСТ 20 850.

Производительность цеха — 4 тыс. м3/год. Номенклатура выпускаемой продукции указана в таблице 1.

Рисунок 1 — Общий вид арки Таблица 1 — Номенклатура выпускаемой продукции

Физико-химические показатели арки стрельчатой трехшарнирной приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Физико-химические показатели КДК

2. Характеристика сырьевых материалов

Характеристика материалов, применяемых на заводе по производству клееных деревянных конструкций, приведена в таблице 3.

Таблица 3 — Характеристика сырьевых материалов

3. Технология производства продукции

В зависимости от номенклатуры и объема производства выпускаемой конструкции в промышленности реализуются различные технологические схемы. Технологическая схема изготовления арок стрельчатых трехшарнирных приведена на рисунке 2.

Рисунок 2

В соответствии с технологической схемой был произведен подбор оборудования. Характеристики данного оборудования приведены в таблице 4.

Таблица 4 — Оборудование для производства клееных деревянных конструкций

Схема технологического цеха и спецификация оборудования к цеху приведены в приложении А.

4. Методы контроля, испытаний и измерений

Контроль качества На заводе «КДК» присутствует система контроля. Она является неотъемлемой частью технологического процесса.

Система контроля включает:

входной контроль, указан в таблице 5;

операционный контроль, указан в таблице 6;

приемочный контроль, указан в таблице 7.

Таблица 5 — Входной контроль

Таблица 6 — Операционный контроль

Таблица 7 — Приемочный контроль

Метод испытания В качестве примера рассмотрим метод определения предела прочности клеевого соединения (по ГОСТ 15 613.2). Сущность метода заключается в определении максимальной нагрузки при разрушении образца и вычислении напряжения при этой нагрузке.

Аппаратура

Для проведения испытаний должны применяться:

машина испытательная по ГОСТ 7855 с погрешностью измерения не более 1% измеряемой нагрузки в диапазоне 200 — 2000 Н (20 — 200 кгс);

штангенциркуль по ГОСТ 166 с погрешностью измерения не более 0,1 мм;

линейка металлическая по ГОСТ 427 с погрешностью измерения не более 1 мм;

аппаратура для определения влажности древесины по ГОСТ 16 483.7;

два клина, изготовленных из стали марки 40 по ГОСТ 1050 (рисунок 3).

Рисунок 3

Отбор и подготовка образцов

Лабораторией составляется акт отбора образцов, приведен в Приложении Б.

Способ отбора и количество образцов должны устанавливаться нормативно-технической документацией на конкретный вид клееной продукции.

Минимальное количество образцов должно быть не менее пяти для испытания одного клеевого соединения.

Заготовку для образцов склеивают специально или выпиливают из готовой продукции в виде прямоугольной призмы с клеевым швом посередине ширины заготовки. Ширина заготовки должна быть 40 мм. Толщина должна быть равна толщине склеиваемых элементов, но не более 20 мм. Длина заготовки принимается в зависимости от необходимого количества образцов.

В случае специального изготовления образцов заготовку склеивают по технологии, установленной для данного вида клееной продукции.

Образцы должны изготовляться из древесины той породы, из которой изготовляется клееная продукция.

Форма и размеры образца в миллиметрах должны соответствовать указанным на рисунке 4. Длина площади раскалывания образца l должна быть 20 мм, ширина b не более 20 мм.

Дно пропилов должно быть закруглено.

Точность и качество изготовления образцов должны соответствовать требованиям ГОСТ 16 483.0.

Образцы с видимыми пороками древесины по ГОСТ 2140 и дефектами склеивания испытаниям не подлежат.

Время от окончания процесса склеивания до испытания должно быть не менее 24 ч при склеивании с нагревом и не менее трех суток при склеивании без нагрева.

При контрольных испытаниях образцы до испытания должны находиться в том же помещении, что и контролируемая продукция.

Рисунок 4

Проведение испытаний

Ширину b и длину l площади раскалывания образца измеряют с погрешностью не более 0,1 мм после разрушения образца.

Образец устанавливают в приспособление для испытания, как показано на рисунке 4, между двумя клиньями, острые углы которых входят в пропилы образца. Верхний клин крепят жестко к верхней траверсе, а нижний устанавливают свободно на шаровую опору. На клинья наносят смазку по ГОСТ 1033.

Нагружают образец с постоянной скоростью, обеспечивающей достижение максимальной нагрузки в течение (1,0 ± 0,5) мин. Нагружение производят до разрушения образца.

Отсчет максимальной нагрузки Р max производят с погрешностью не более 10 Н (1 кгс).

После испытания определяют влажность древесины образцов по ГОСТ 16 483.7. Пробой для определения влажности служит одна половина образца. Количество проб должно быть не менее пяти.

Обработка результатов

Предел прочности клеевого соединения при раскалывании (а) в МПа (кгс/см2) вычисляют с погрешностью не более 0,1 МПа (1 кгс/см2) по формуле

(1)

где Р max — максимальная нагрузка, Н (кгс);

l — длина площади раскалывания образца, м (см);

b — ширина площади раскалывания образца, м (см).

За результат испытания принимают среднее арифметическое значение предела прочности всех испытанных образцов. Статистическую обработку опытных данных выполняют по ГОСТ 16 483.0.

Статистическая обработка данных, полученных при испытании образцов для определения прочности клеевых соединений при послойном скалывании.

Исходные данные для расчета даны в таблице 8.

Таблица 8- Исходные данные

Расчет среднего значения, а осуществляется по формуле 2:

(2)

где аiзначения измеряемой величины,

n — количество значений.

Подставляя данные получим:

а=6,493.

Отклонение наблюдаемого значения (для каждого наблюдения) ai величины от среднего арифметического: ai — a. Для определения дисперсии пользуются формулой 3:

(3)

Получаем, что дисперсия равна 0,025.

Среднеквадратическое отклонение показывает абсолютное отклонение измеренных значений от среднеарифметического. В соответствии с формулой 4 для меры точности линейной комбинации средняя квадратическая ошибка среднего арифметического определяется по формуле:

(4)

При решении получаем 0,158.

Коэффициент вариации характеризует относительную меру отклонения измеренных значений от среднеарифметического, чем больше значение коэффициента вариации, тем относительно больший разброс и меньшая выравненность исследуемых значений. Если коэффициент вариации меньше 10%, то изменчивость вариационного ряда принято считать незначительной, от 10% до 20% относится к средней, больше 20% и меньше 33% к значительной и если коэффициент вариации превышает 33%, то это говорит о неоднородности информации и необходимости исключения самых больших и самых маленьких значений.

Расчет по формуле 5:

(5)

Вариация данных значений составляет 2,433%, т. е. изменчивость вариационного ряда принято считать незначительной.

Результаты измерений и испытаний заносят в протокол (приложение В).

Методы измерений показателей качества готовой продукции На последней стадии процесса изготовления обязательным является контроль готовой продукции, на основании которого осуществляется приемка конструкции. В таблице 9 приведены методы измерений готовой продукции.

Таблица 9 — Методы измерений готовой продукции

5. Средства контроля, измерений и испытаний

В ходе проведения испытаний и измерений продукции при контроле качества используют технические средства, которые также называют испытательным оборудованием.

В таблице 10 приведено испытательное оборудование, необходимое для контроля качества, изготавливаемых на заводе, арок стрельчатых трехшарнирных из клееных древесины, со всеми техническими характеристиками.

Таблица 10 — Характеристика средства контроля, измерений и испытаний

6. Техника безопасности

Все виды работ должны производиться по определенным регламентам, в которых предусматриваются меры предотвращения воздействия на рабочих опасных и вредных производственных факторов.

Переработка сырья и материалов должна производиться на предназначенном для этого технологическом оборудовании и в соответствии с его паспортными данными.

Исправность оградительных устройств и предохранительных приспособлений оборудования должна обеспечиваться лицами, ответственными за безопасное ведение работ.

Регулировка и наладка оборудования, смена инструментов, ремонт механизмов, чистка станков и другой работы должны производиться только после отключения оборудования от электропитания.

Процесс производства клееных конструкций связан с применением горючих материалов, а также с выделением токсичных, пожаро — и взрывоопасных летучих веществ при приготовлении и нанесении клеевых и лакокрасочных составов. Повседневную опасность представляют режущие инструменты деревообрабатывающего оборудования, электроустановки и в первую очередь высокочастотные грузовые машины и др.

Особое внимание следует уделять устройству вентиляции в местах приготовления и использования клеев и лакокрасочных материалов и в местах торцовки и фрезерования заготовок.

Местные отсосы на установках, где выделяются токсичные вещества или могут образоваться взрывоопасные смеси, должны иметь автоматическую блокировку с рабочими узлами. Блокировка должна обеспечивать прекращение подачи клея, лака или другого материала в момент отключения вытяжной вентиляции.

Вибрация при работе оборудования не должна превышать величин, допустимых санитарными нормами СИ 245 — 71.

К работе на оборудовании в цехе допускается специально обученный персонал, ознакомленный с устройством, работой и управлением оборудованием, а к работе с токсичными веществами — только имеющие разрешения медкомиссии. Для соблюдения правил личной гигиены с целью предохранения кожи и внутренних органов от попадания токсичных веществ персонал цеха должен обеспечиваться спецодеждой и головными уборами из плотной ткани, резиновыми перчатками, защитными очками. В целях охраны окружающей среды воздух, отсасываемый из установок и выходящий в атмосферу должен проходить очистку от взвешенных частиц и токсичных соединений.

При проведении измерений в лабораториях требуется руководствоваться, прежде всего, правилами техники безопасности и охраны труда, а лица, выполняющие измерения, должны быть обучены и иметь допуск для их проведения, т. е. не иметь медицинских противопоказаний, сдать экзамен и пройти инструктаж.

Лица, приступающие к измерениям в лаборатории на том или ином приборе, должны знать ответы на следующие вопросы:

1. Что такое трехфазная сеть, фаза, нуль; какое напряжение существует между фазами, фазой и нулем, какие напряжения имеются в лаборатории, на электрощитках, в розетках и на измерительном приборе?

2. Какова величина смертельного тока и как рассчитать величину тока через человека при касании токоведущей части, как снизить опасность поражения током?

3. Что такое зануление, как оно выполняется и в чем состоит его защитная функция?

Прежде чем приступать к измерениям, следует ознакомиться с принципом действия приборов и правилами обращения с ними, выяснить цену деления шкал, класс точности измерительных устройств, величины приборных ошибок. Далее следует сопоставить необходимую точность искомого результата (которая требуется) с точностью используемого прибора и убедиться в том, что на данном приборе искомые измерения можно выполнить.

Перед началом работы все измерительные приборы следует так расположить на лабораторном столе, чтобы было удобно делать отсчеты и работать с подвижными частями приборов (переключателями, движками и т. д.). Все шкалы должны быть хорошо освещены и расположены так, чтобы исключить параллакс. Положение самого экспериментатора должно быть таким, чтобы не вызывать быстрого утомления, а случайные неловкие движения не должны вызывать риска нарушить правильность работы приборов или их порчи.

Все приборы должны находиться в правильном положении, устойчивы и установлены по уровню, если это требуется. При электрических измерениях все провода должны иметь надежные соединения и хорошую изоляцию, а корпуса самих приборов — занулены.

Прежде чем приступить к измерениям, необходимо наметить порядок, в котором должны следовать отдельные манипуляции и отсчеты в течение всего цикла измерений. Беспорядочные измерения с пропусками обычно приводят к неудовлетворительным результатам и нежелательны. В тех случаях, когда возникает сомнение в правильности результатов, измерения следует повторить несколько раз. Следует иметь ввиду и то, сколько раз снимаются показания в процессе измерений. Если отсчет по шкале прибора возможен только один раз, то этот единственный отсчет принимается за результат, а погрешность измерения оценивают с учетом всех возможных ошибок — приборной, самого отсчета, округления и др. Если отсчеты при измерении одной и той же величины повторяют многократно, то погрешность результата вычисляют путем нахождения средней величины с указанием доверительного интервала и доверительной вероятности.

При вычислениях погрешности измерений всегда важно проводить анализ тех причин, которые могут приводить к случайным и систематическим ошибкам, и учитывать, что эти ошибки могут зависеть от условий работы приборов — температуры, влажности и давления. Следует учитывать при этом, что ошибка приборов, если измерения проводят в ненормальных, но допустимых условиях, может заметно превышать ошибку измерений в нормальных условиях, при которых выполнена градуировка прибора.

Заключение

В данном курсовом проекте был произведен выбор основного технологического варианта и подбор наиболее эффективного и производительного оборудования как производительного, так и испытательного. Также запроектирована испытательная лаборатория при предприятии по производству арок стрельчатых трехшарнирных из клееной древесины. Ознакомление с основными методами и средствами измерений, испытаний и контроля в производстве ДКК.

1. Ковальчук Л. М. Производство деревянных клееных конструкций. 3-е изд. перераб. и доп. — М.: ООО РИФ «Стройматериалы», 2005. — 336 с.

2. Деревянные конструкции и детали. Под ред. В. М. Хрулева. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1995. — 384.

3. Руководство по индустриальному изготовлению деревянных конструкций для строительства. М., Стройиздат, 1975, 1 с.

4. Руководство по проектированию клееных деревянных конструкций. М., Стройиздат, 1977, 189 с.

5. Проектирование клееных деревянных конструкций / Кормаков Л. И., Валентинавичюс А. Ю. — Киев: Ежедневник, 1983. 152 с.

6. ГОСТ 20 850–84 Конструкции деревянные клееные. Общие технические условия

7. ГОСТ 8486–86: Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия.

8. СНиП II-25. Деревянные конструкции.

9. ГОСТ 15 613.2−77. Древесина клееная массивная. Метод определения предела прочности клеевого соединения при раскалывании.

10. ГОСТ 17 580–82. Конструкции деревянные клееные метод определения стойкости клеевых соединений к цикличным температурно-влажностным воздействиям.

11. ГОСТ 18 446. Древесина клееная. Метод определения теплостойкости и морозостойкости клеевых соединений.

12. ГОСТ 27 812–2005. Конструкции деревянные клееные. Методы определения стойкости клеевых соединений к расслаиванию.

13. ГОСТ 17 005–82. Конструкции деревянные клееные. Метод определения водостойкости клеевых соединений.

14. ГОСТ 15 613.4−78. Древесина клееная массивная. Методы определения предела прочности зубчатых клеевых соединений при статическом изгибе.

15. ГОСТ 15 907–70. Лаки ПФ-170 и ПФ-171. Технические условия.

16. ГОСТ 16 483.7−71. Древесина. Методы определения влажности.

17. ГОСТ 2140–81. Видимые пороки древесины. Классификация, термины и определения, способы измерения.

18. ГОСТ 20 501–75. Клеи для древесины. Методы определения технологических характеристик.

19. ГОСТ 7016–82. Изделия из древесины и древесных материалов. Параметры шероховатости поверхности.

20. ГОСТ 28 840–90. Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования.

21. ГОСТ 166–89. Штангенциркули. Технические условия.

22. ГОСТ 427–75. Линейки измерительные металлические. Технические условия.

23. ГОСТ 1050–88. Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия.

24. ГОСТ 16 483.0−89. Древесина. Общие требования к физико-механическим испытаниям.

25. ГОСТ 24 104–2001. Весы лабораторные. Общие технические требования.

26. ГОСТ 7502–98. Рулетки измерительные металлические. Технические условия.

27. ГОСТ 3749–77. Угольники поверочные 90 град. Технические условия.

28. ГОСТ 9070–75. Вискозиметры для определения условной вязкости лакокрасочных материалов. Технические условия.

29. ГОСТ 28 840–90. Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования.

30. ГОСТ 10 037–83. Автоклавы для строительной индустрии. Технические условия.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Акт отбора образцов

от «_23_"__ноября_2010 г.

Наименование и адрес заявителя ЗАО «КДК» г. Новосибирск ул. Дзержинского, 14 _ __ __________ _________ _

наименование и адрес организации, где производится

__ ОС «Сибстринсертификация _________________________________

отбор образцов

Наименование продукции_арка стрельчатая трехшаринирная из клееной древесины

Единица измерений__

Размер партии___15 шт.__________________________________ ____

Результат наружного осмотра партии___требованиям ГОСТ 15 613.2_ _

состояние упаковки, маркировки Дата выработки____23 ноября 2010 г.__________________________ __________________

Проба (образец) отобрана в соответствии с ГОСТ 15 613.2____ __

Количество отобранных образцов___15 шт._____________ __________

масса, упаковочные единицы

(для испытаний__15 шт.____)

(для контрольных образцов-)

Цель отбора: испытание продукции на определение предела прочности клеевого соединения при раскалывании в соответствии с требованиями ГОСТ 15 613.2

Место отбора проб _цех по производству ДКК__

Подписи:

От заявителя ___________________ __Потыенко В.И.__

подпись Ф.И.О.

От лаборатории ____________________ _Сидорчук М.Т. _

подпись Ф.И.О.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Протокол определения предела прочности клеевого соединения при раскалывании

арка стрельчатый трехшарнирный изготовление Порода древесины лиственница Температура (18−20)°С

Клей фенолформальдегидный Степень насыщенности воздуха 60−85%

Изделие арка стрельчатая трехшарнирная из клееной древесины Режим склеивания: 1. Температура (16−20)°С. 2. Время открытой выдержки 15мин. 3. Время закрытой выдержки 25 мин. 4. Время выдержки под давлением (20−24) ч. 5. Давление прессования 1 МПа (кгс/см2). 6. Выдержка после прессования 24 ч