CC BY
51
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ МАССИВНОЙ ДРЕВЕСИНЫ
Чернышев А.Н., Ефимова Т.В. (ФГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», г. Воронеж, РФ)
Рассмотрены особенности конструирования полок, ступеней лестниц и крышек столов как анизотропных плит с опорой на четыре точки.
Features of designing of shelves, steps of ladders and covers of tables as anisotropic plates with a support on four points are considered.
Ключевые слова: конструкция, технология, посадка, полка, ступень, крышка.
Keywords: design, technology, landing, shelf, step, cover.
После вступления России в ВТО особую остроту приобретает проблема обеспечения качества выпускаемых изделий в одной из немногих отраслей, где приоритет отечественных товаров перед импортными бесспорен - деревообработка. И действительно, если импортные изделия мебели из массивной древесины еще составляют конкуренцию российским изделиям, то продукция столярно-строительного назначения - двери, окна, панели стеновые и потолочные и, особенно, лестницы - в подавляющем большинстве отечественного производства. В связи с этим специалистам по обработке массивной древесины - дизайнерам, конструкторам и технологам - приходится решать очень интересные и разнообразные задачи, связанные как с достоинствами, так и с недостатками самой древесины, в частности, конструктор сталкивается с принципиально неустранимой проблемой формоустойчивости, сформулированной в двух первых правилах конструирования [1], а именно:
1) изделия из древесины нужно конструировать так, чтобы неизбежная деформация отдельных частей происходила свободно, но без нарушения формы и прочности самого изделия;
2) детали изделий из древесины следует конструировать так, чтобы неизбежные изменения размеров и формы были наименьшими.
В этом отношении показательны конструкции таких сборочных единиц, как полки корпусной мебели, ступени лестниц и крышки столов, отличительной особенностью которых является сборка «в потемок» - на их лицевой части не должно быть никакой крепежной и сборочной фурнитуры. При этом свои собственные конструктивные нюансы присутствуют в каждой из этих групп элементов.
Так, отличительной особенностью размещения полок в проеме с точки зрения сопротивления материалов является то, что это анизотропная плита, свободно размещенная на четырех точках опоры и имеющая пять степеней свободы (рис. 1б). Поэтому использование традиционных полкодержателей, предназначенных для полок из изотропных плитных материалов, в данном случае неприемлемо. Конструктивно данная проблема решается просто: на крепежных поперечных кромках полок фрезеруются несквозные со стороны фасада шпунты, на внутренних пластях боковых стенок крепятся ответные бруски, полки вставляются в них с зазором (рис. 1а) и лишаются, таким обра-
зом, всех степеней свободы, кроме одной - возвратно поступательного движения к фасаду.
Отличительной особенностью сборки лестниц является то, что ступени - анизотропные плиты, жестко защемленные на четырех точках опоры и испытывающие значительные динамические нагрузки - к моменту окончания монтажа должны быть лишены всех степеней свободы, оставаясь формоустой-чивыми в течение срока эксплуатации, составляющего десятки лет. При конструировании лестниц конструктор различает два способа крепления ступеней к наклонным несущим балкам: между тетивами и на косоурах. Проблема формоустойчивости ступеней при междутетивном креплении чисто технологическая: по внутренней пласти балки фрезеруются гнезда, в которые при монтаже вставляются и ступени и подступенники на шип либо шпонку «впо-тай», лишаясь, таким образом, всех степеней свободы. При виде сбоку на такую сборку торец ступени не виден. Конструктор должен лишь очень тщательно произвести замеры, проектные расчеты углов наклона, уровней горизонта и вертикалей и выполнить конструкторскую документацию. Очень ответственный момент - уровень горизонта верхней пласти последней ступени должен абсолютно совпасть с уровнем пола соответствующего строительного уровня. Малейшее несовпадение чревато серьезными неприятностями, т.к. такие сооружения монтируются готовыми маршами и устранение конструкторских или технологических ошибок ведет к большим производственным и финансовым потерям.
2,5 £,5
а) б)
Рисунок 1 - Варианты крепления полок из массивной древесины: а) Удовлетворяющий I правилу конструирования; б) не удовлетворяющий I правилу конструирования
Второй способ крепления ступеней - на косоурах - нуждается уже в конструкторских проработках, т.к. предопределяет сборку ступеней поверх специально изготовленных наклонных несущих балок. При этом по крайней мере один из поперечных торцов доступен обозрению во время эксплуатации (второй может быть закреплен через настенный сапожок) и, следовательно,
подвергается риску потерять устойчивость хотя бы вследствие того, что вла-гопроводность вдоль волокон (от торца к центру ступени) на несколько порядков (!) выше, чем от продольной кромки поперек волокон к середине же. Для устранения этого недостатка достаточно превратить поперечный торец в продольный добавлением долевого бруска с последующим фрезерованием по периметру всей сборочной единицы (Рис. 2).
Рисунок 2 - Фрагмент лестницы на косоурах и ступени в соответствии с I правилом конструирования
Наибольшую конструктивную сложность представляют собой крышки столов, так же, как и ступени на косоурах, представляющие собой анизотропные плиты с открытыми поперечными кромками нежестко защемленными на двух поперечных опорах (рис. 3). Столешницы могут иметь длину до 4000 мм, ширину до 1200 мм и толщину до 60 мм. Но самая сложная задача состоит в том, что конструктору необходимо совместить эстетичность внешнего вида крышки с ее формоустойчивостью, ведь просто добавить долевой брусок к поперечным кромкам уже нельзя.
Выход можно найти в классической рамочно-щитовой конструкции крышки. Однако щиты должны не вкладываться в рамку, а накладываться на нее с обеих сторон. Для устранения недостатка поперечности волокон на торцах крышки рамка клеится «на ус», а щиты изготавливаются с максимально возможным обнижением по всему периметру в ответное центральное обни-жение рамки с посадкой с зазором. Образовавшиеся пустоты в рамке заполняются щитами из низкосортной древесины, расположенными перпендикулярно направлению волокон щитов.
Рисунок 3 - Крышка стола, нежестко защемленная на двух опорах
Таким образом, конструктор в данном случае выполняет следующую рабочую документацию: 1) чертежи брусков рамки с шипами, проушинами и припусками на чистовое фрезерование будущей крышки; 2) чертеж щитов с фрезеровкой периметра и припусками на чистовое фрезерование; 3) сборочный чертеж рамки с центральным обнижением с обеих сторон и припусками на чистовое фрезерование; 4) сборочный чертеж крышки с чистовыми размерами, формой и профилем кромок. После завершения конструкторских разработок конструктор-программист «прописывает ходы» для работы обрабатывающего фрезерного центра.
Выводы:
- переработка массивной древесины в готовые изделия с высокой добавленной стоимостью является одной из приоритетных задач отрасли, включенной в несколько федеральных программ;
- конструирование изделий из древесины - основополагающий момент во всей технологической цепочке, оказывающий прямое влияние как на качество готовой продукции, так и на производительность труда;
- при переходе на Болонскую систему подготовки инженерно-технических кадров для отрасли особое внимание необходимо уделить дисциплинам «Конструирование мебели» и «Конструирование изделий из древесины».
Список использованных источников
1) Радчук, Л. И. Основы конструирования изделий из древесины: Учебное пособие. -М.: МГУЛ (Московский государственный университет леса), 2006. - 200с.
