CC BY
8
3. ТЕХНОЛОГИ! ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБНИЧОГО КОМПЛЕКСУ
УДК 674.047 Ст. наук. cniep. О. О. Шнчевська, канд. техн. наук -
НАУ, м. Кит
ОБГРУНТУВАННЯ ВИМОГ ДО ОЦ1НКИ ЯКОСТ1 СУШ1ННЯ
ПИЛОМАТЕР1АЛ1В
Наведено порiвняльний аналiз вiтчизняних та европейських нормативних документ з ощнки якостi сушiння пиломатерiалiв. Проведет експериментальш досль дження показали, що розкид кшцево'1 вологостi пиломатерiалiв тдпорядковуеться нормальному закону та дали змогу визначити вимоги до його величини при сушшш в сучасних камерах з водяним теплопостачанням. Теоретично та експериментально тдтверджена можливiсть оцiнювання величини залишкових напружень за виробни-чим методом силових секцш.
Senior research worker O.O. Pinchevska - National agrarian university, Kyiv The basing of the requirements to assessment of sawn timber drying quality
The comparative analysis of European and native normative documents about assessment sawn timber drying quality was given. Experimental investigations of sawn timber finish moisture content dispersion was shown that it's normal. The demands of sawn timber finish moisture content deviation after chamber drying with water heaters was made. The assess sawn timber drying quality by the industrial control method was confirmed theoretical and experimental.
Яюсне сушшня деревини сприяе формостабшьност та довгов1чност1 вироб1в з неь На сьогодш ii ощнюють за КТМ [1], як не е нормативними, а тшьки допом1жними матер1алами. Тому бшьшють споживач1в сухоi деревини вважають ii яюсно висушеною за умови вщсутноси видимих дефек^в: трь щин, жолоблення, забарвлення тощо. Проте юнуе европейський стандарт з ощнки якост сушшня [2] i це спонукае виробниюв до вщповщних заход1в щодо досягнення окреслених вимог.
Для створення втизняного стандарту доцiльним е анашз вiтчизняних наробок, рацiональне поеднання з европейськими вимогами та експеримен-тальна перевiрка можливостi досягнення сформованих вимог з ощнки якост сушшня пиломатерiалiв.
У КТМ оцiнка якост сушiння вiдбуваеться за вологiсними показника-ми та показником стану матерiалу. Причому рiвномiрнiсть розподiлу вологостi по штабелю ощнюеться середнiм квадратичним вдаиленням (±2SWk), тобто вважаеться, що розподш кiнцевоi вологостi по штабелю е нормальним. В основу цього твердження покладено дослiдження, проведенi ще в середиш минуло-го столбя [3] на обладнаннi, яке вже виведено з експлуатаци. Результати цих дослщжень ввiйшли в РТМ [4] i покладенi в основу розроблення КТМ, де вимоги до показника рiвномiрностi розподiлу кiнцевоi вологост стали бiльш ви-багливими. Оскшьки в европейському стандартi вiдсутнiй показник SWk, це на-
вело на думку, що при висушуванш пиломатерiалiв у сучасному обладнаннi з використанням пом'якшених режимiв сушiння, розподш вологостi може шдпо-рядковуватися шшому закону розподiлу випадково! величини.
Для цього було проведено експериментальш дослщження розподiлу кшцево! вологостi по обсягу соснових пиломатерiалiв, висушених в камерi Copcal на ВАТ "Видубичи". Волопсть вимiрювали кондуктометричним воло-гомiром ВПК-12 М (Росiя), що забезпечуе точшсть ±1 %. Всього було досль джено 500 дошок. Розкид фактично! кшцево! вологостi в окремих дошках ви-сушеного матерiалу (рис. 1) за кривими розподшу показав, що вш шдпоряд-ковуеться нормальному закону. Як i в попереднiх дослщженнях [3], отриманi кривi фактичного розподшення кшцево! вологостi е асиметричними в бш бшьшо! вологостi.
120
- Фактична крива
Крива нормального розподшу
4 6 8
Шнцева волопсть, \Ук, % Рис. 2. Результати вимiрювання ктцевоХ вологостi соснових пиломатерiалiв товщиною 50 мм
Коефщент мшливост кшцево! вологост пиломатерiалiв становив ¥ц?к = 15 %. За прийнятим в люовш галузi показником точностi Р^ < 5 % та по-казнику достовiрностi ? =1,86, мiнiмальна кшьюсть зразкiв повинна становити п > 17. В БК величина вибiрки залежить вiд величини парти висушуваного ма-терiалу i становить п > 20. До то ж вiдбiр зразкiв роблять таким чином: перший зразок вщбирають випадково з верхнього ряду пакету, iншi - через певний ш-тервал, який шдраховують шляхом дiлення кiлькостi пиломатерiалiв у пакетi на встановлену величину вибiрки. Отже, вимоги БК щодо диференцiйованого пiдходу величини вибiрки залежно вiд величини парти висушуваного матерь алу та випадковiсть вiдбору зразюв забезпечують бiльш надiйний результат.
Максимальна реальна величина коливань кшцево! вологост пилома-терiалiв, висушених м'якими режимами в сучасних камерах, знаходиться в межах ±2SWк, що вщповщае очжуванш ймовiрностi (93,5 %) згiдно з БК Gвропейськi вимоги до спещального сушiння вiдрiзняються тiльки величиною вибiрки та фшсащею величини внутршшх напружень.
Для з'ясування вимог до величини ±2SWк було проведено також вимiри кшцево! вологостi пиломатерiалiв в камерах шших конструкцiй: СПЛК-2
(ДОК-7), та Termolegno на ВАТ "Видубичи", якi висушувалися м'якими режимами з температурою в кшщ процесу ? < 65 °С. Кiлькiсть дослщжених пиломатерiалiв вiдповiдала умовам вибiрки европейського стандарту. Отри-манi результати порiвняно з вимогами РТМ та КТМ (рис. 2) свщчать про пра-вомiрнiсть збiльшення вимог до якост сушiння шляхом зменшення величини розкиду кшцево! вологостi та можливостi досягнення цього в камерах ращ-ональних конструкцiй.
Вщхилення Wк окремих дошок , ±2S,%
3 У
2,5
2
1,5
1
0,5
0- Л
V*
□ По камерах
□ РТМ
□ КТМ
12 3 4
Обстежеш камери: 1-Copcal,2-Nardi, 3-Termolegno, 4-СПЛК-2
Рис. 2. Пстограма значень величини вiдхилень окремих дощок вiд середньо'1 вологостi парти висушених nиломатерiалiв за вимогами нормативних документiв та результатами випробувань
На вщмшу вщ EN у втизняних матерiалах з ощнки якостi сушшня присутнiй також показник перепаду вологост по товщинi матерiалу. Його було введено М.М. Чулицьким [5] на етат розроблення режимiв камерного сушшня ашацшно! деревини як мiра ощнки величини внутрiшнiх напружень в деревиш. На той час досконалого методу вимiрювання внутрiшнiх напружень ще не iснувало, тому було запропоновано характеризувати !х величиною градiента вологостi в матерiалi.
Оскiльки на сьогодт iснуе стандартизований метод визначення за-лишкових напружень [6], то врахувати цей показник для ощнки якост сушшня пиломатерiалiв недощльно.
Що ж стосуеться контролю стану матерiалу пiсля камерного сушiння, то використовувати згаданий вище метод визначення залишкових напружень у виробничих умовах досить складно, оскiльки вш потребуе досить багато часу i вимагае не тiльки спецiального обладнання, але й достатнього умiння i кваль фшаци, його варто використовувати як еталонний при дослiдженнi режимiв обробки та нових способiв сушшня. Для масового контролю якост висушено! деревини необхiдно застосовувати бiльш прост методи: розколювання секцiй на двi половинки, вiдколювання крайнiх шарiв, двозубих виделок.
Проведет глибок [7] дослщження дали змогу критично оцiнити щ методи виробничого контролю внутрiшнiх напружень у деревиш. Вважаючи, що крива розподшення напружень по товщинi дошки описуеться параболою i розглядаючи види силових секцш як вiдповiднi моделi техтчно! механiки, були пiдрахованi прогини зубщв, крайнiх шарiв та половинок секцш i зробле-но висновок, що метод силових секцш у виглядi двозубих виделок е бшьш чутливим. Вш дае змогу визначити навт незначнi напруження та встановити
1х знак, тому його включили до керiвних технiчних матерiалiв з камерного сушшня пиломатерiалiв.
Однак в европейському стандартi внутрiшнi напруження визначають за методом щшини, що виникла мiж двома пластинками розколото! навпiл силово! секци [8]. До то ж вщсутш нормативнi данi про допустиму величину напружень i у висновку про яюсть висушено! парти просто фжсують мiру внутрiшнiх напружень, наприклад 2 мм.
З метою визначення можливост використання силових секцiй для ощнки величини залишкових внутрiшнiх напружень у пиломатерiалах були проведенi дослщження якостi сушiння соснових пиломатерiалiв в сучасних ^алшських камерах, а також в ддачих ежекцiйних сушарках на ВАТ "Бшиць-кий ДОК". Паралельно з силовими секцiями для визначення залишкових напружень вирiзали секци для визначення залишкових напружень еталонним методом, що дало змогу виявити не тшьки якiснi, але й кiлькiснi показники стану матерiалу.
а б в
Рис. 3. Силовi секци, вирiзанi з пиломатерiалу, що висушувався в камерi Сорса1 (а) та в ежекцШних камерах (б, в)
Вщносну деформацш зубщв силових секцш визначали згiдно з методикою [1], причому при можливост вирiзали секци двох видiв - П-подiбнi та iз заплечиками (рис. 3). Для шюстраци було вирiзано зразок для визначення величини внутршшх напружень за рекомендацiями БК [8] (рис. 3 в). Як видно, цей метод е занадто загрубленим.
Оскшьки висушуваний пиломатерiал призначався для виготовлення вжон, тобто висушувався за II категорiею якост^ секци вирiзали з трьох вь дiбраних зi штабеля дощок. Загалом з ушх камер було вiдiбрано 42 дошки, з яких виготовлеш вщповщш секци.
Визначення залишкових напружень проводили зпдно з ГОСТ 1160373 [6]. Для цього використовували пристрш для вимiрювання пружних де-формацш з iндикатором годинникового типу, що забезпечуе точшсть вимь рювання до 0,01 мм (рис. 4 а) та пристрш для визначення пошарового модуля пружност при випробуваннях на згин, що забезпечуе вщлж навантаження з точшстю до 1Н та вимiрювання стрши прогину з точшстю до 0,01 мм (рис. 4, б).
а б
Рис. 4. ПристроИ для вимiрювання пружних деформацШ (а) та пошарового модуля пружностi (б)
З побудованих за результатами вимiрювань епюр напружень, як характеризуют напружений стан деревини, було визначено величини перепаду напружень у пиломатерiалi шсля сушшня.
Шд час побудови епюр напружень, що виникли пiсля сушiння в ежек-цiйних камерах, у чверт зразкiв спостерiгалось вiдхилення виду епюри напружень вiд нормального вигляду, а саме величина стискаючих напружень в однш з поверхневих зон була меншою за напруження в наступнш зонi приля-гаючо! до не! (рис. 5 а). Аналопчш епюри спостер^аються, як правило, в пи-ломатерiалах пiсля недостатньо! кшцево! вологотеплообробки. Якщо випили-ти з таких пиломатерiалiв силовi П-подiбнi секцй, то вони нададуть невiрну iнформацiю про напружений стан в деревиш, оскiльки !хт зубцi або зали-шаться рiвними, або викривляться назовш. Отже, деформацiя зубцiв секцiй iз заплечиками в таких випадках вщображае реальний напружений стан деревини бшьш вiрно. Пiсля сушiння пиломатерiалiв в камерах Сорса1 всi епюри напружень мали нормальний вигляд (рис. 5 б).
-о,за
и о
1£
«
яз X и
и
с Й
Кн
со О Рч
-1,20 -1,00 -0,80 -0,60 -0,40 -0,20 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
Товщина дошки, мм Товщина дошки, мм
а б
Рис. 5. Епюри залишкових напружень у пиломатерiалах, висушених в ежекцшних камерах (а) та камерах Сорса1 (б)
Проведет експерименти з визначення кшьюсно! залежност величин вщносних деформацш зубщв силових секцш (/,%) вiд величини перепаду
А - - 1
= - Г
7 8/!»
■-Ь 1 г 1
залишкових внутрiшнiх напружень (А а, МПа) дали змогу визначити, що мiж цими величинами iснуе кореляцiйна залежшсть зi значимими за критерiем Стьюдента коефiцiентами регреси. Отриманi рiвняння зв'язку мiж вищенаве-деними величинами:
• для камери Сорса1
Аа = 0,8924/ - 0,0425 ; (1)
• для ежекцшних камер
Аа = 0,7227/ - 0,1838. (2)
Необхщно зазначити, що для ежекцшних камер для побудови рiвнян-ня було використано результати вимiрювання вщносних деформацiй секцш iз заплечиками, якi вiдповiдають отриманим епюрам напружень. Для камери Сорса1 зiставлення величини перепаду напружень з величиною деформаци секцiй iз заплечиками показало значно нижчу корелящю, шж для П-подiбних секцiй. Отже, в рiвняннi (1) були використанi деформаци П-подiбних секцiй.
Оскiльки внаслiдок експерименту було охоплено майже весь дiапазон коливання означено! КТМ величини вщносно! деформаци зубщв секцiй, можна вважати, що за допомогою отриманих рiвнянь можливо визначити величину залишкових внутршшх напружень по величинi вщхилення зубцiв секци напружень.
Вiдомо, що метод силових секцш не дае об'ективно! характеристики напруженого стану деревини, оскшьки не передбачае експериментального визначення модуля пружность У проведеному експеримент були отриманi цi данi i за допомогою вiдомого спiввiдношення [9], яке дае змогу визначити прогин зубця силово! секци за умови припущення, що вiн представляе собою балку закршлену одним кiнцем та навантажену зосередженим моментом М на вшьному кiнцi, пiдрахованi деформаци (/, мм) зубцiв силових секцiй:
/, = Ма1 = Ааа12 (3)
= 2Ё7 " 2Е Ах '
де: Аа - перепад напружень на гранищ зони, що вiдповiдае товщинi зубця секци, визначений з побудовано! епюри напружень, МПа; а1 - довжина зубця силово! секцil, мм; I - момент iнерцil; Е - модуль пружносп, визначений з експерименпв, МПа; Ах - координата, мм.
З метою порiвняння експериментальних даних з визначення вщносних деформацiй зубщв силових секцш (/,%) та деформацш, пiдрахованих за рiв-нянням (3), останне було вщповщно перетворено для визначення розрахунко-вих вщносних деформацiй:
/ = £. 100% = ^100%. (4)
а1 2ЕАх
За рiвнянням (4) були розраховаш очiкуванi вiдноснi деформацil зубщв секцш, випиляних з деревини, яка мала вщповщш експериментально виз-наченi модулi пружностi та залишковi напруження. Порiвняння розрахунко-вих значень деформацш (/розр,%) з експериментальними (/експ,%) показало
1х майже повний 36ir (рис. 6). Коефщент кореляци мiж цими величинами для обох тишв камер дорiвнюe r = 0,97, причому в камерах Copcal були викорис-
Рис. 6. Порiвняння розрахункових та експериментальнихрезультат1в визначення eidHOCHo'i деформаци зубщв силових секцш, eupi3aHux з nиломатерiалiв, висушених в ежекцшних камерах
Висновки
1. Проведет дослщження дали змогу сформувати вимоги до оцшки якост сушшня деревини: р1вном1рноси розиодшення кшцево! вологоси по иарти висушеного матер1алу та показника залишкових напружень.
2. Отримат ексиериментальт значения розкиду кшцево! вологосп, що ощ-нюються середтм квадратичним вщхиленням, дають змогу тдвищити вимоги до розкиду кшцево! вологост при застосувант низькотемпера-турних режим1в.
3. Зб1г експериментальних та розрахункових даних вщносних деформацш зубщв силових секцш р1зно! форми св1дчить про можливють викорис-тання обох вид1в залежно вщ технологи проведення процесу сушшня та ощнювання величини залишкових внутрштх напружень за величиною прогину зубщв силових секцш.
Лггература
1. Кер1вн1 техшчт матер1али з технологи камерного сушшня пиломатер1ашв.Льв1в: РВЦ УкрДЛТУ. - 2003. - 72 с.
2. EN 14298:2004 Sawn timber-Assessment of drying quality.
3. Красновский Н.В., Сахновский Л.В. Нормализация качества сушки пиломатериалов. - М.-Л.: Гослесбумиздат, 1957. - 28 с.
4. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины. Архангельск: ЦНИИМОД. - 1985. - 143 с.
5. Чулицкий Н.Н. Контроль состояния материала при камерной сушке// Лесопромышленное дело. - 1930, № 9-10.С. 35-39.
6. ГОСТ 11603-73. Древесина. Метод определения остаточных напряжений.
7. Уголев Б.Н. Деформативность древесины и напряжения при сушке. - М.: Лесн. пром-сть. - 1971. - 176 с.
8. ENV 14464:2002 Sawn timber - Method for assessment of case-hardening.
9. Уголев Б.Н., Лапшин Ю.Г., Кротов Е.В. Контроль напряжений при сушке древесины. - М.: Лесн. пром-сть. - 1980. - 208 с._
