Szám: H_000372
A cikk szerzőjének a neve: Dr. Petri, László ; Tomek, Antalné ; Molnár, Tiborné
A cikk címe: Rétegelt, ragasztott aknakas-vezető gerendák gyártási technológiájának kidolgozása.
Lásd a teljes cikket: Teljes_cikk
Kulcsszavak: szénbányászat, aknakas-vezető gerenda, műgyanta, nagyfrekvenciás ragasztás, edző,
Kivonat:
A szénbányák függőaknáiban az aknavas vezetésére, szolgáló négyszögkeresztmetszetre fűrészelt nagyméretű tömörfa gerenda - gazdaságtalan termelése és fokozódó pontossági követelményei miatt - már csak vörösfenyőből gyártható. Külföldi tapasztalatok alapján megbízást kapott a Faipari Kutató Intézet a több rétegből álló ragasztott gerenda, illetve vezetőléc gyártástechnológiájának kidolgozására. A követelmény a várható kedvezőtlen körülmények ellenére mérettartó és deformációtól mentes, kopásálló, szilárd termék tervezése, a faanyag kiválasztása, a szerkezeti felépítés és megmunkálási mód, ragasztási módszer, ragasztóanyag meghatározása, valamint gazdasági számítások elvégzése volt. A szerzők először - a feladat elméleti magalapozása érdekében - a rétegelt faanyagok ragasztásával, ragasztás elmélettel, ragasztóanyagokkal és azok alkalmazásával foglalkoztak. Ennek során tárgyalták a rétegképzés célját és gazdasági jelentőségét, meghatározták a rétegek tartós egyesítésének feltételeit a hőmérséklet közlés módjait, majd számba vették a műgyanta-ragasztók fontosabb jellemzőit. Az alkalmazásra tervbe vett nagyfrekvenciás ragasztási eljárás ismertetését a módszer elméletének és gazdasági szempontjainak leírásával kezdték. A nagyfrekvenciás ragasztás (dielektromos melegítés) előnyeit az 1. ábrán a Goldstein-féle kettős diagrammal támasztották alá.
A nagyfrekvenciás ragasztás elmélete és gyakorlata ismertetésnél egy rezgőkör különböző frekvenciákon való viselkedést mutatták be a 2. ábrán.
A hőenergiát előállító teljesítmény számítása után 3. ábrán a teljesítmény és hőmérsékletviszonyokat (elektróda elhelyezés), ábrázolták merőleges és párhuzamos dielektromos melegítés esetén.
A 4. ábra a kimenő teljesítmény eloszlásának változását mutatja a kötési idő függvényében.
Az elektróda elrendezés jelentőségének alátámasztására ismertetik, hogy az energia-eloszlás hogyan számítható ki a dielektrikum anyagainak ismert dielektromos jellemzőiből párhuzamos és merőleges melegítésnél. A fa és a ragasztóanyag dielektromos tulajdonságainak bemutatása keretében foglalkoznak a faanyagok dielektromos tényezőjével, amely a fa térfogatsúlyával, illetve a fa fajával, valamint a fa nedvességével változik. A térfogatsúly és nedvességtartalom befolyását az 5. ábra mutatja.
A teljesítménytényező (veszteségi szög) változását, amely a dielektrikum által elnyelt energia mennyiségét határozza meg, úgyszintén a fa térfogatsúlyának, illetve a fa fajának és nedvességtartalmának változásai befolyásolják a 6. ábrán szemléltetett módon.
A 7. ábra egy adott fafaj dielektromos állandójának és veszteségi szögének fanedvességtől függő változását mutatja 17 MHz frekvencián.
A nagyfrekvenciás ragasztáshoz használt ragasztóanyagok ismertetésénél kiemelik, hogy mivel a ragasztóanyag választható, dielektromos tulajdonságait úgy kell meghatározni, hogy a betáplált energia minél nagyobb része a ragasztórétegben adszorbeálódjék. A karbamid-, fenol- és rezorcin alapú gyanták dielektromos állandójának és veszteségi szögének ismertetése után a szerzők a 8. ábrán a rezorcin gyanta dielektromos jellemzőinek változását mutatják be a frekvencia függvényében.
A dielektromos melegítés egyéb körülményeinek ismertetése keretében többek között a hővé alakuló energia mennyiségének szabályozásával is foglalkoznak. Az elméleti részt követően a végzett laboratóriumi és fél-üzemi kísérletek leírása, eredmények, tapasztalatok bemutatása következik. A kísérletek során háromféle ragasztási módszerrel (nagyfrekvenciás, hideg és meleg) ragasztással foglalkoznak. Elsőnek a nagyfrekvenciás ragasztási kísérleteknél alkalmazott berendezések (generátor, prés) adatait, majd a gyártott próbadarabok jellemzőit adják meg. Az 1. és 2. kísérletsorozat célja a különböző hazai származású ragasztóanyagok kipróbálása, alkalmasságának vizsgálata volt, különböző elektródaelrendezések esetén. A tapasztalatok alapján egyedül a Dolorac VI. jelű ragasztóanyaggal folytatták a kísérleteket, az elektródák és a fém préstest elválasztására pedig a 9. ábrán bemutatott kerámiatestekből és vörösfenyő deszkákból álló szigetelő elemeket alkalmaztak.
A szigetelőrétegek elhelyezkedését az elektródák és prés között a 10. ábra szemlélteti.
A kísérletek során párhuzamos elektródaelrendezést alkalmaztak, mert addig, amíg a merőleges elrendezés esetén a gyanta kikeményítéséhez 10 -15 perc dielektromos melegítésre volt szükség, addig a párhuzamos elérendezésnél 3 - 6 perc is elegendő volt. Az anyagvizsgálatokhoz a próbadarabokat a 11. ábrán látható zónákra szabták fel.
Az egyes rétegekből kifűrészelt próbatesteken szabványos vizsgálatok keretében meghatározták a hajlító-, és ragasztószilárdságot, 24 órai áztatás utáni ragasztó-szilárdságot valamint ütő-hajlítószilárdságot. Az eredményeket az 1. táblázat tartalmazza.
Megállapították, hogy az üzemi gyakorlatban aszimmetrikus kivezetésű elektródák nem alkalmazhatók, mert az elektródák között elhelyezkedő fában és ragasztórétegekben a hőmérséklet eloszlás így nem lesz egyenletes, és ez messzemenően kihat a ragasztott szerkezet szilárdságára. A 12. ábrán látható, hogy az aszimmetrikus elektróda kivezetés hogyan befolyásolja az erdeifenyő hajlító és ragasztószilárdságát merőleges elektróda elhelyezés esetén.
A 13. ábra az aszimmetrikus elektródakivezetések hátrányait mutatja párhuzamos elektróda elrendezés esetében.
A tapasztalatokat összegezve a szerzők megállapítják, hogy a Dorolac VII: műgyanta ragasztó – párhuzamos elektróda elrendezés és 4 - 6 perc dielektromos melegítés esetén - alkalmas nagyfrekvenciás ragasztások végrehajtására.
A harmadik kísérletsorozat célja az volt, hogy 10-12 % nedvességtartalmú erdei- és vörösfenyő anyagból – állandó kezdeti nyomás és dielektromos melegítési időtartam mellett – gyártott próbatestek szilárdsági adataiból következtetni lehessen az alkalmazható ragasztóanyagokra és a melegítést követő, nyomás alatti pihentetési idő mértékére. Ebbe a kísérlet sorozatba már bevonták az Aerodux 185 B jelü (Ciba gyártmányú) rezorcin alapú műgyanta ragasztót. A kísérleti gyártás során a paramétereket folyamatosan ellenőrizték. A hőmérsékletet termisztoros tapintóhőmérővel mérték, úgy, hogy a próbadarabokon ék alakú kivágást végeztek a 14. ábrán, látható módon, amit csak a hőmérséklet mérés idejére tettek szabaddá.
A 2. táblázat az előállított három próbadarab sorozat jellemzőit és a dielektromos melegítés alatt mért adatokat tartalmazza.
A harmadik kísérletsorozat próbadarabjainak próbaestjeivel végzett anyagvizsgálatok eredményeit a 3. táblázat foglalja össze.
A 15. ábra a dielektromos melegítés után alkalmazott 9 - 13 perc pihentetési idő hajlítószilárdsága, míg a 16 ábra a ragasztószilárdságra gyakorolt kedvező befolyását szemlélteti.
Megállapítható, hogy az Aerodux 185. B. ragasztó alkalmasabb 100 0C hőmérséklet alatti dielektromos melegítésre, mint a hazai gyártású Dorolac VII. A meleg és hidegoldal hajlító- és ragasztószilárdságának alakulását az Aerodux 185.B. – vel ragasztott vörösfenyő agyag rétegeiben a 17. ábra mutatja.
A szerzők a nagyfrekvenciás ragasztási kísérletek tapasztalatait négy pontban foglalják össze. Kiemelik, hogy az eljárás rövid - ütemszerű présidők folytán - gépesítést, folytonosságot, gyors átfutási időt tesz lehetővé. Csak szimmetrikus elektródakivezetésű generátor alkalmazható. Ragasztóként az Aerodux 185. B. javasolható. Faanyagként az erdei és vörösfenyő egyaránt használható, de kopásnak kitett vagy húzott, nyomott rétegekbe feltétlenül vörösfenyő-pallók ajánlhatók. A nagyfrekvenciás melegítésen kívül a szerzők részletesen tárgyalják a hideg (20 – 30 0C) és meleg (30 – 90 0C) ragasztási kísérleteiket is. Először a hideg- és melegragasztási kísérletekhez felhasznált ragasztóanyagokat ismertetik. A Dorolac VII., Aurodux 185 B., és a FAKI „A” jelű (fenol-formaldehid alapú) gyanta leírása után a ragasztási kísérletek vázlatos ismertetésére kerül sor. A ragasztott próbatestek ragasztási szilárdságának eredményeit a 4. táblázatban az azonos módon kialakított ragasztatlan fa próbatestek vizsgálati értékeivel hasonlítják össze.
A gyakorlat számára fontos következtetéseket öt pontban határozzák meg. (A legfontosabb megállapítás, hogy a legjobb eredményt az Aerodux ragasztó 200 g/m2 felvitelével érték el). A ragasztási technológia ismertetését a ragasztóanyagok technológiai előkészítésével kezdik. Mindenegyes ragasztóanyagnál ismertetik a szárazanyag meghatározásmódját, a levizsgált műgyanta előkészítésének, felhasználásának főbb jellemzőit. (A FAKI ragasztónál a törésmutató és a bekötési időmeghatározását is). A szerzők ismertetik a természetes nagyságú rétegelt aknakas-vezető gerendák hideg- és melegragasztással történő előállítására irányuló kísérleteiket is. A beépítési méretnek megfelelő (hat méret hosszúságú 160x180 mm keresztmetszetű) ragasztott próbagerendák előkészítő munkái során a fogazottan csapolt elem szilárdságát – a csaplejt-szög függvényében – ábrázolja a 18. ábra.
A fogazott csapolt elem szilárdságát a csapvég tompulásának függvényében pedig a 19. ábra szemlélteti.
A kézi vezérlésű orsós-présen, hideg- és melegragasztással, beépítési méretben készült rétegelt aknakas-vezető gerendák gyártási adatait az 5. táblázat tartalmazza.
A gerendaragasztások során nyert tapasztalatokat a szerzők hat pontban foglalják össze. Ezek a Dorolac és a FAKI gyanták alkalmazásának problémáival, az edzőarány és prészárás változtatás tapasztalataival, a hosszúsági toldás pontosságával, a szükséges minimális préselési nyomással foglalkoznak. Az elkészített gerendákból kettőt ajánlottak fel kipróbálásra. A 20. ábrán, baloldalon párhuzamosan rétegelt, jobb oldalon merőlegesen rétegezett gerendák szerkezeti felépítése látható. A szerzők a két gerendából vett minta ragasztószilárdsági értékeit is megadják.
A gyártási technológiák leírása fejezetben először rögzítik, hogy a gyártásra kétfajta technológia – a nagyfrekvenciás, valamint a vegyes meleg és hideg ragasztásos technológia – kidolgozását tartják célszerűnek.
A) Rétegelt kas-vezető gerendák előállítása nagyfrekvenciás ragasztással címszó alatt először a gyártmányok anyagát, szerkezeti felépítését, méreteit ismertetik. A 21. ábrán különböző szerkezetű rétegelt kas-vezető gerendák metszeti képét mutatják be.
A gyártási technológiák ismertetése az alapanyag tárolás (természetes szárítás) technológiai módszerének meghatározásával kezdődik. A 22. ábrán, a rétegelten nagyfrekvenciás ragasztással előállított kas-vezető gerendák gyártásmenetének vázlata látható.
Az anyagbehordás, a feldolgozásra behordott anyag leszabása, műveletek részletes ismertetését a leszabott faanyag mesterséges szárítása követi, ahol a 6. táblázatban a szárítási napok számát is megadják.
A hossztoldáshoz fogazó marás- és ragasztóanyag felhordás műveleteinek leírása keretében meghatározzák a művelet célját, az alkalmazott gép típusát. A körfűrésszel végzett automatikus leszabásnál is hasonló részletességgel ismertetik a műveletet kiegészítve a gépi berendezés kapacitásának számításával. A javasolt gépsor felépítését szemlélteti a 23. ábra.
A hossztoldott anyag egyengető gyalulása, az egyengetet anyag vastagsági gyalulása műveletek után a gyalult szelvények párhuzamos szélezésének leírásánál a két fűrésztengelyen lévő fűrészlap mellett elhelyezett – az oldal-maradékszelvényeket pontos méretre vágó - és az egy-egy fűrészlap vázlatát a 24. ábra mutatja.
A műveletek sorát a kész szelvények összerakásának, jelölésének és a közbenső szelvényekre történő ragasztóanyag felvitelének, majd a nagyfrekvenciás ragasztás-préselésnek részletes ismertetése követi. A nagyfrekvenciás berendezés főbb adatai mellett a berendezés kapacitásnormáját is meghatározták. A kész gerendák pihentetésének leírása után a 25. ábrán az üzem elvi gépelrendezési vázlatát mutatják be.
Végül a gyanta és edző összekeverés művelete, a recepturának ismertetése következik.
B) Rétegelt aknakas-vezető gerendák előállítása vegyes meleg- és hidegragasztással. A gyártmányok megegyeznek az előzőekbe leírtakkal. A gyártás technológia ismertetését a 26. ábrán a gyártási technológia műveleti sorrendjét, gyártásmenetét mutató vázlat indítja.
Mivel a műveletek részben megegyeznek a nagyfrekvenciás technológiánál alkalmazottakkal, a leírást itt csak a kész szelvények összerakása - jelölése művelet ismertetésével, kezdik. Az előmelegítés és ragasztóanyag felhordás után a meleg, illetve hideg - ragasztással történő préselés ismertetése következik. A művelet céljának meghatározását a 27. ábrán látható berendezés és a szükséges műveletek leírása követi.
A hidegen (előmelegítéssel) ragasztott rétegelt aknakas-vezető gerendákat gyártó üzem elvi gépelrendezési vázlatát mutatja be a 28. ábra.
A szerzők végül röviden ismertetik a nagyfrekvenciás generátor érintésvédelmi, a nagyfrekvenciás erőtér és a rádiófrekvenciás áram biztonsági és munkavédelmi előírásainak lényeges szempontjait. Az utolsó fejezet a berendezés-szükséglet számítása, valamint a kapacitás – és létszámszükséglet meghatározásával foglalkozik. A kiinduló adatok (faanyagválaszték, nedvességtartalom, beszáradási, fűrészelési, gyalulási túlméret alapján meghatározott) nyers és beépítési méreteket a 7. táblázat tartalmazza.
Az egyes műveletekben a szükséges vastagságok mértékét, és így az anyagszükségletet a 8. táblázat tartalmazza. A berendezések kapacitása és kihasználása címszó alatt a szerzők a berendezések kapacitásnormái (átbocsátóképessége) és produktív időalapjai révén számítják ki a termelő berendezések átbocsátóképességét, amely a 9. táblázatban látható módon megmutatja, hogy az egyes keresztmetszetek az adott termékből mennyit képesek napi egy műszakban előállítani.
A létszámszükséglet meghatározásához a művelet és gépidő-szükségletet 1000, illetve 1500 m3 aknakas-vezető gerenda gyártásánál a 10. táblázat foglalja össze.
A táblázat adatai alapján a várható létszámszükségletet hidegeljárású üzemben, 10 főben, nagyfrekvenciás ragasztó üzemben, 14 főben határozták meg. A gazdasági számításokat – terjedelmük miatt - a szerzők nem ismertetik, csak azokat a végszámokat adják meg, amelyek a megállapításokhoz és a döntésekhez szükségesek. A 11. táblázatban a gyártmányvariációkkal kapcsolatos reprezentatív adatok közül például azokat adják meg, amelyek a gerendaszerkezetnek egyes költségtényezőkre vonatkozó kihatását tartalmazzák.
A 12. táblázat a különböző fafajoknak a faanyag felhasználás költségeire gyakorolt hatást mutatja.
A szerzők vizsgálják az egyszerű ötrétegű (két oldalán vörösfenyővel borított) aknakas-vezető gerenda önköltségét és megvalósítási költségeit, különböző technológiáknál. Az azonos gyártmányra kidolgozott technológiai variációk hozzávetőleges költségeit a 13. táblázat tartalmazza, míg az ezekkel, a technológiákkal előállított rétegelt aknakas-vezető gerendák becsült költségét a 14. táblázat foglalja össze.
Összefoglalás. A szerzők a témával kapcsolatos irodalmi adatok, az elvégzett kísérletek és számításokból alapján, megállapításaikat öt pontban foglalják össze. Az első pontban az alapanyaggal kapcsolatban megállapítják, hogy az aknakas-vezető gerendák gyártására az erdei fenyő és vörösfenyő fűrészáru (deszka és palló) az alkalmas. A megállapítás rövid indokolásában kitérnek arra, hogy magasabb követelmények esetén a kopásnak kitett felületeken vörös fenyő helyett tölgy is alkalmazható. Ragasztásuknak nincs műszaki akadálya, mivel a két fafaj zsugorodási és dagadási tulajdonságai közel azonosak, és egymáshoz viszonyított ragasztási adhéziós kézségük gyakorlati tapasztalatok szerint jó. A tölgy alkalmazása azonban a gyártmány önköltségét kedvezőtlenül befolyásolja. Megállapítják, hogy a 6 méter hosszúságú gerenda szelvények gyártása csak hosszúsági toldással lehetséges, de annak – megfelelő mechanikai előkészítő munka és ragasztóanyag alkalmazása esetén – nincs akadálya. A második megállapítás a javasolt Aerodux 185. B. ragasztóanyag alkalmazásának szükségességét indokolja. A harmadik pontban felhívják a figyelmet a szükséges mechanikai megmunkálás pontosságának meghatározó jelentőségére a tartós egyesítés (ragasztás) és biztonságos használat szempontjából. A negyedik megállapítás a ragasztás – préselés technológiájaként választható eljárásokkal foglalkozik. A nagyfrekvenciás, meleg- és hidegragasztás összehasonlítása során felhívják a figyelmet, hogy a nagyfrekvenciás berendezés nagyobb kapacitását más ragasztott termék gyártásával kell lekötni. A három technológiai variáns esetén (azonos gyártmányra) az üzem becsült megvalósítási költségeinek és a kas-vezető gerenda önköltségének alakulást a szerzők táblázatos formában foglalják össze. Végül ötödik pontként felhívják a figyelmet a rétegelt gerendák kopásállóságát, gombaállóságát célzó egyszerű eljárás kidolgozásának szükségességére.