CC BY
2 We developed an analytical method to solve a system of particular differential equations of thermo-mass transfer. This method allows us to significantly improve the precision of calculations. We developed a computer program, designed to conduct operational analysis of timber drying kinetics, based on the equation system calculations of thermo-mass transfer.
УДК 674.047
В. Н. Глухих,
кандидат технических наук, доцент
ПРОДОЛЬНОЕ КОРОБЛЕНИЕ КОСОСЛОЙНЫХ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ ПРИ СУШКЕ
К продольному короблению пиломатериалов относятся коробление по пласти, коробление по кромке и винтовое (диагональное) коробление.
Причинами продольного коробления пиломатериалов при сушке являются наличие креневой древесины, неодинаковость усушки по толщине и ширине пиломатериалов в продольном направлении, несимметричное расположение сучков, неодинаковое распределение плотности древесины по сечению доски и другие.
При распиловке бревен со спиральным расположением волокон получают пиломатериалы, которые при дальнейшем высушивании коробятся по пласти, по кромке. Практически все доски, полученные из косослойных бревен, имеют в результате сушки диагональное коробление (рис. 1). Таким образом, величина коэффициента усушки древесины в направлении вдоль волокон с использованием известных характеристик
К = K,E,/Ea. (1)
В следующей таблице приведены результаты вычисления коэффициентов усушки в направлении вдоль волокон для некоторых пород древесины.
Коэффициент усушки вдоль волокон для некоторых основных пород древесины
Параметр Порода древесины
Дуб Бук Береза Ясень Пихта Сосна Ель
Еt, МПа 985 1160 629 818 490 582 400
Ea, МПа 5820 14000 16660 16095 13000 16600 16225
Kt, % 0,27 0,32 0,31 0,28 0,28 0,28 0,28
Ka, % 0,0457 0,0265 0,0117 0,0142 0,0105 0,0098 0,0069
Угол наклона волокон к образующей на поверхности бревна изменяется пропорционально радиусу в сечении. В центре сечения он равен нулю и наибольшего значения достигает на поверхности. Коэффициент усушки в продольном направлении распределен по ширине и толщине неравномерно. На рис. 2 представлено графически изменение коэффициента усушки в продольном направлении у радиальной доски в зависимости от угла наклона волокон. С увеличением угла φ относительная деформация усушки возрастает.
Рис. 1. Схема доски, полученной из косослойного бревна
С изменением угла наклона волокон изменяется и величина модуля упругости в продольном направлении. Для радиальной косослойной доски изменение модуля упругости Εζ также представлено на рис. 2.
Ez, 103 МПа Kz, %
Kz
Ez
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
φ, град.
Рис. 2. Изменение модуля упругости Εζ и коэффициента усушки Κζ по радиусу сечения косослойного бревна
Анизотропия коэффициента усушки и модуля упругости в зависимости от угла наклона волокон есть главная причина продольного коробления пиломатериалов, получаемых из косослойных бревен.
В процессе сушки в косослойных пиломатериалах появляются напряжения σ в продольном направлении. По ширине доски они распределены неравномерно. В сердцевинной доске возникают сжимающие напряжения в средней части и растягивающие - по краям. Даже в изотропной пластине при неравномерном распределении напряжений по ширине возникает крутящий момент, который приводит к ее закручиванию.
Такая деформация имеет место и в случае равномерного распределения напряжений при неравномерном распределении деформаций [1; 2].
В нашем случае и напряжение и деформация в продольном направлении доски распределены по ширине сечения неравномерно, и появление диагонального коробления является неизбежным.
Все три вида коробления - продольное по пласти, продольное по кромке, диагональное являются следствием косослоя древесины. Какой из этих видов является превалирующим - зависит от схемы раскроя бревна на пиломатериалы. Например, сердцевинная доска при сушке будет иметь только диагональное коробление. Если такую доску раскроить по ширине пополам и затем высушить, полученные две доски будут иметь кромочное коробление в комбинации с диагональным. Боковые доски, полученные при распиловке с брусовкой, будут иметь в результате сушки продольное по пласти и диагональное коробление, причем первое будет превалирующим (рис. 3,а).
На рис. 3, 4 приведены результаты вычислений коэффициента продольной усушки Kz на примере древесины сосны. С увеличением ширины и толщины досок разность продольной усушки и пластей и кромок увеличивается. Для уменьшения продольного коробления, таким образом, необходимо при составлении схемы раскроя косослойных бревен планировать пиломатериалы меньших толщин, отдавая предпочтение при этом меньшим ширинам.
Продольная усушка кромок доски (рис. 3,6) различается в 1,7 раза, пластей - в 1,2 раза.
Превалирующим из двух видов коробления при сушке (без прижима) будет кромочное.
Продольная усушка кромок (рис. 3,е) различается в 1,75 и пластей - в 1,06 раза.
Обе эти доски будут иметь после сушки диагональное коробление.
При увеличении координаты наружной пласти доски (рис. 4) возрастает продольное коробление по пласти и снижается величина кромочного коробления при сушке. Самое большое кромочное коробление - у радиальной центральной доски (рис. 4). Соотношение усушки кромок у досок (слева направо) составляет 2,05; 1,87; 1,58; 1,39; пластей - 1,0; 1,114; 1,16; 1,18.
Таким образом, у всех досок (рис. 4) в процессе сушки появится кромочное и диагональное коробление. За исключением радиальной доски остальные будут иметь продольное коробление по пласти.
Рис. 3. Неодинаковость коэффициента продольной усушки кромок и пластей различных досок
Кромочное, продольное по пласти, диагональное
Кромочное, продольное по пласти, диагональное
Кромочное, продольное по пласти, диагональное
0.053
0,041
0,041 0,041
0,047
0.047
0,041
0,041 0,041
[Л 0,020 0,020 0,
0,020
0.020
0.020
0.040
Кромочное,
диагональное
КОРОБЛЕНИЕ
Рис. 4. Изменение коэффициента продольной усушки по сечениям досок с одинаковыми размерами
Выводы
1. Полученные впервые значения коэффициента усушки вдоль волокон по формуле, связывающей известные характеристики древесины, использованы для исследования продольного коробления пиломатериалов.
2. Изменение коэффициента продольной усушки по сечению пиломатериалов является основной причиной появления продольного коробления при сушке.
3. Установлена зависимость между величиной кромочного коробления и характеристиками древесины. Построены диаграммы для определения оптимальной длины пиломатериалов с целью уменьшения их потерь от коробления при сушке.
4. Величина кромочного коробления уменьшается при увеличении ширины доски независимо от угла наклона волокон.
Библиографический список
1. Глухих В. Н. Аналитическое исследование коэффициента продольной усушки пласти и кромки косослойных пиломатериалов // Лиственница и ее использование в народном хозяйстве: Межвуз. сб. науч. тр. Красноярск, 1982.
2. Глухих В. Н. К вопросу о качестве сушки косослойных пиломатериалов // Лиственница. Проблемы комплексной переработки: Межвуз. сб. науч. тр. Красноярск, 1984. С. 66-71.
Приведена методика определения коэффициента усушки древесины вдоль волокон. Установлена зависимость между величиной кромочного коробления и характеристиками древесины. Построены диаграммы для определения оптимальной длины пиломатериалов с целью уменьшения их потерь от коробления при сушке.
* * *
The author presents the method of timber thruogh drying along a fibre coefficient definition. It's established the dependence of timber characteristics on the quantity of edge curvature. The author shows the diagram of optimal saw material's lenght, provided the reduction of timber loss while drying.
