CC BY
2УДК 674.047
В. Н. Глухих,
кандидат технических наук, доцент
Ш. Г. Зарипов,
кандидат технических наук, доцент
ПОПЕРЕЧНОЕ КОРОБЛЕНИЕ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ ПРИ СУШКЕ
Поперечное коробление, появляющееся в пиломатериалах в процессе сушки, является одним из дефектов, понижающих их сортность.
Это коробление часто считают дефектом сушки. Однако точнее можно было бы отметить, что появление коробления свидетельствует об игнорировании анизотропии древесины при составлении схемы раскроя бревна на пиломатериалы. В одном и том же сушильном штабеле после сушки находятся рядом и покоробленные, и сохранившие высокое качество пиломатериалы.
В практике часто возникает спор между лесопильщиками и сушильщиками. Первые считают вторых виновниками достаточно высокого брака из-за коробления. Они правы, если речь идет о продольном короблении пиломатериалов из-за разнотолщинности прокладок, их отклонения от вертикального расположения в штабеле, неровности подштабельной базы, неоправданно большого расстояния между прокладками. Это управляемые технологические факторы.
Неодинаковость свойств древесины в различных точках ее объема подразумевает изменение их от наибольшего уровня до наименьшего. В каких-то частях этого объема сочетание этих свойств может быть оптимальным, например, из технологических соображений.
При составлении схемы раскроя бревен на пиломатериалы необходимо учитывать, что при последующей сушке анизотропия древесины обязательно проявит себя и часть материала понизит свою сортность не только из-за продольного, но и из-за поперечного коробления.
При сушке без прижима поперечное коробление реализуется практически полностью. При механическом ограничении развития коробления в доске появляются дополнительные напряжения.
Суммируясь с напряжениями от градиента гигроскопической влажности, они повышают опасность появления пластевых трещин.
Поперечное коробление пиломатериалов вызывает необходимость назначения повышенных припусков на механическую обработку. Наличие несимметричного поля остаточных напряжений в доске приводит к появлению в ней поперечного коробления при снятии стружки на одной из пластей.
В практике сушки пиломатериалов известно, что величина поперечного коробления внутренней пласти доски больше, чем наружной. И обе они зависят от расположения доски в поставе. В литературе имеются экспериментальные данные о соотношении поперечного коробления внутренней и наружной пластей доски. Теоретические исследования И. А. Стриха [3], К. И. Коленчука [1], А. В. Суховой [2], Г. Г. Петрухина [4] и других были посвящены определению величины коробления наружной пласти доски. Однако для практики не меньший, а, возможно, больший интерес, представляет поперечное коробление внутренней пласти, которое заметно превышает величину коробления наружной пласти. Более полная информация позволит планировать получение при составлении схемы раскроя бревна таких пиломатериалов, у которых при сушке поперечное коробление будет минимальным или будет отсутствовать совсем.
При сушке круглого диска с сердцевиной в центре тангенциальная и радиальная усушки связаны друг с другом и реализуются несвободно. Это приводит к появлению напряжений усушки даже при отсутствии градиента гигроскопической влажности. Если рассматривать отдельный сектор, вырезанный из такого диска (рис. 1), то, очевидно, что относительная деформация усушки в тангенциальном и радиальном направлениях от радиуса годичных слоев в диске не зависят, являются постоянными и представлены коэффициентами усушки Кг и Кt.
{ SHAPE \* MERGEFORMAT }{ SHAPE \* MERGEFORMAT }
Рис. 1. Изменение размеров сегмента при сушке
Каждая из этих деформаций реализуется независимо от другой, в отличие от случая круглого диска. Абсолютная деформация усушки каждого годичного слоя пропорциональна радиусу его кривизны. Это позволяет считать, что любой радиус в пределах равномерно высушиваемого сектора останется прямым, лишь повернется на некоторый угол по отношению к своему первоначальному положению. Это справедливо для элемента любой формы, вырезанного из этого сектора. Предположим, что одна из пластей доски задана прямой АВ, являющейся хордой дуги с радиусом r (рис. 1). При реализации лишь радиальной усушки этот радиус изменится.
Середина пласти АВ переместится при сушке к центру сектора на расстояние
{ EMBED Equation.3 }. (1)
При реализации тангенциальной усушки дуга АВ примет новый размер АВ:
{ EMBED Equation.3 }. (2)
Этот размер останется неизменным при радиальной усушке:
{ EMBED Equation.3 }. (3)
Приравнивая соответственно левые и правые части уравнений (3) и (3), получим
{ EMBED Equation.3 }. (4)
Тогда
{ EMBED Equation.3 }. (5)
Величина поперечного коробления пласти АВ может быть в итоге вычислена по формуле
{ EMBED Equation.3 }. (6)
С учетом размерных параметров доски коробление ее наружной пласти
{ EMBED Equation.3 } (7)
внутренней пласти
{ EMBED Equation.3 } (8)
В соответствии с этим форма сечений досок при распиловке вразвал будет иметь такой вид, как на рис. 2.
На рис. 3 видно, что с увеличением координаты в2 поперечное коробление наружной и внутренней пластей снижается.
Отношение величин поперечного коробления внутренней и наружной пластей
{ EMBED Equation.3 }. (9)
Рис. 2. Форма сечений досок в результате сушки: а - расчетная форма; б - эксперимент
Полученная модель влияния размерных параметров на величину поперечного коробления наружной и внутренней пластей позволяет исследовать разнотолщинность пиломатериалов и припуск на механическую обработку из-за коробления.
У сосновой центральной доски, например, толщиной 40 мм и шириной 150 мм, при сушке до конечной влажности 10 % поперечное коробление наружной пласти составит 4,3 мм, внутренней пласти - 6,4 мм, а их отношение - 1,488. При сушке такой же доски шириной 160 мм это отношение составит 1,458.
Известное экспериментальное соотношение по литературным источникам - 1,45.
Рис. 3. Поперечное коробление внутренней и наружной пластей пиломатериалов
Разнотолщинность доски в результате сушки можно найти как разность между поперечным короблением внутренней и наружной пластей. Наибольшая разнотолщинность свойственна центральным, наименьшая -тангенциальным доскам (рис. 4).
Рис. 4. Разнотолщинность пиломатериалов в результате сушки: толщина доски: 1 - 20 мм; 2 - 40 мм; 3 - 60 мм
гг
к
1 40 ю го о.
0
Ц 30
п 5 >.
1 20
о.
I-
о ш
о. 10
о
I-
о с
0 40 80 120 160 Ь2 Координата наружной пласти, мм
Рис. 5. Потери древесины в стружку из-за поперечного коробления: толщина доски: 1 - 20 мм; 2 - 40 мм; 3 - 60 мм
При составлении схемы раскроя бревна на пиломатериалы можно прогнозировать величину припуска на механическую обработку из-за коробления (рис. 5). Этот припуск равен сумме величин поперечного коробления наружной и внутренней пластей. В вышеприведенных примерах составляющая припуска из-за коробления достигает в первом случае 26,75 %, во втором - 28,85 % от толщины доски.
Выводы
1. Наибольшее поперечное коробление при сушке свойственно центральным доскам. Минимальное коробление имеют тангенциальные пиломатериалы.
2. Центральные доски при сушке имеют наибольшую разнотолщин-ность. Потери древесины из-за разнотолщинности достигают 5 %.
3. Потери древесины на стружку из-за коробления внутренней и наружной пластей центральных досок велики и составляют величину более 25 %.
4. Сократить потери древесины из-за разнотолщинности и поперечного коробления при сушке можно на стадии разработки схемы раскроя бревна на пиломатериалы.
5. Полученные математические модели достаточно хорошо подтверждаются экспериментальными результатами, в том числе и для березовых пиломатериалов.
{ РАСЕ }
Библиографический список
1. Коленчук, К. И. Поперечное коробление древесины [Текст] / К. И. Коленчук // Сб. тр. ин-та строит. мех. АН УССР. 1950. № 12.
2. Сухова, А. В. К вопросу о поперечном короблении древесины [Текст] / А. В. Сухова. - М.: Химки. 1958.
3. Стриха, И. А. Исследование деформаций буковых мебельных заготовок [Текст] / И. А. Стриха. - Киев: УКРНИМОД, 1954.
4. Петрухин, Г. Г. Коробление поперечных сечений деревянных элементов [Текст] / Г. А. Петрухин // Сб. работ МЛТИ. - М., 1970. № 35.
В статье построен вариант математической модели поперечного коробления досок при сушке с учетом криволинейной анизотропии древесины. Сокращение потерь древесины можно предусмотреть на стадии составления схемы раскроя бревен на пиломатериалы.
* * *
In course was construction the variant of mathematical model of cross warping of lumber in the time of drying with calculation of wood curvature line anisotropics. The reducing wood waster can see on the constructing stage of cut out scheme for lumber.
Файл: глухих
Каталог: C:\Documents and Settmgs\User\Мои документы\выпуски\185\ворды-185
Шаблон: C:\Documents and Settings\user.LAUTNER\Application
Data\Microsoft\Шаблоны\Normal.dot
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки: Дата создания: Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати: При последней печати страниц: слов: знаков:
Х
Лена
02.11.2010 10:32:00 2
02.11.2010 10:32:00 user 3 мин. 02.11.2010 12:02:00
7
1 271 (прибл.) 7 250 (прибл.)
