Получение древесных плит в форме пологих оболочек Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 674.815-41.05 Ю.В. Захаров, С.М. Плотников, А.В. Пашковский

ПОЛУЧЕНИЕ ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ В ФОРМЕ ПОЛОГИХ ОБОЛОЧЕК

Показано, что можно задавать такой температурный режим прессования, при котором готовая древесная плита будет иметь конструктивный изгиб заданной формы и величины. Определены зоны дисбаланса температур прессующих поверхностей.

Ключевые слова: древесная плита, пологая оболочка, заданный изгиб, температурный дисбаланс.

Yu.V. Zakharov, S.M. Plotnikov, A.V. Pashkovsky PRODUCING OF THE WOOD BOARD IN THE FORM OF DEPRESSED SHELLS

It is shown that it is possible to set such a temperature mode of pressing, in which the finished wood board will have a constructive bend of a given shape and size .The zones of the temperature imbalance of the pressing surfaces are determined.

Key words: wood board, depressed shell, specified bending, temperature imbalance.

Равномерность нагрева прессующих поверхностей прессов для изготовления древесных плит (древесностружечных, МЭР, ОББ и др.) является необходимым условием производства. Согласно установленным на сегодняшний день нормам, отклонение температуры плит пресса в пределах одной плиты не должно превышать ±5оС [1]. Прессы постоянно совершенствуются с целью улучшения равномерности нагрева: снабжаются специальной конструкцией каналов теплоносителя, в них используют теплоемкие органические теплоносители, позволяющие снизить перепад температур на входе и выходе пресса, и т.д.

Несмотря на это, за счет скапливания конденсата в каналах теплоносителя пресса существует дисбаланс температур верхней и нижней прессующих поверхностей до 8о С [2]. Данный дисбаланс, а также другие неизбежные технологические погрешности вызывают коробление изготовляемых древесных плит, при котором середина плиты изгибается в сторону менее нагретой прессующей поверхности. Такое направление изгиба обусловливается тем, что связующий агент (например, фенолформальдегидная смола) при остывании и отверждении расширяется, и возникают механические напряжения, приводящие к такому изгибу.

Так называемый «активный» способ устранения покоробленности древесных плит, т.е. способ, реализованный непосредственно в процессе производства, рассмотрен в [3]. Для осуществления способа пресс оснащается регуляторами теплоносителя в продольных и поперечных каналах, а на участке обрезки или кондиционирования устанавливаются датчики стрелы прогиба плиты. В зависимости от величины и направления прогиба создается определенный дисбаланс температур нагревательных поверхностей при прессовании, в результате которого покоробленность готовых плит устраняется независимо от причин ее возникновения. При этом отпадает необходимость длительной выдержки готовых древесных плит в штабелях для придания им плоской формы, за счет чего экономятся производственные площади и сокращается производственный цикл.

Располагая данным оборудованием, такой дефект, как покоробленность древесных плит, можно превратить в достоинство, т.е. целенаправленно использовать явление коробления для получения на оборудовании для плоского прессования древесных плит заданной формы - пологих оболочек с ограниченным изгибом. Преимущество такого способа: вместо трудоемкого изготовления и замены пресс-форм применяется достаточно просто реализуемое регулирование температуры прессующих поверхностей. При этом количество произведенных древесных плит с конструктивно заданным изгибом (тираж) никак не сказывается на себестоимости продукции.

При симметричном строении стружечного пакета и равномерном распределении температур по всей площади нагревательных плит, но при наличии дисбаланса температур верхней и нижней нагревательных поверхностей, как показали измерения, готовая древесная плита после остывания приобретает форму, близкую к эллиптическому параболоиду (строка 1 в таблице). Расстояние произвольной точки такого параболоида до плоскости плана определяется выражением

* = I

1 -

(2 * - а )2 (2 у - Ь)

2а2

2Ь2

(1)

где а, Ь - соответственно длина и ширина плиты; f- стрела прогиба плиты.

Температурный дисбаланс прессующих плит и форма плит

Зона повышенной температуры прессующих плит

Форма пологой оболочки

Название и формула поверхности _ДСП_

7

Эллиптический параболоид

* = I

1 (2х - а)2 (2у - Ь)2 2а2 2Ь2

Z

7 7

Эллиптический цилиндр

* = I

(2 х - а) 1 —

а

0 < у < Ь

7

Эллиптический цилиндр

* = I

2(2х - а) 1 2—

а

0 < у < Ь

Цилиндрическая поверхность

* = ¥ (2 - х|- 0 < У < ь

7 7

Б-образная цилиндрическая поверхность

* = I

* = I

(4х - а)2

1

-1 , (4х - За)

, 0 < х <■

■ < х < а

0 < у < ь

Гиперболический параболоид

* = I

(2х - а)2 , (2у - Ь)

---1--

2

а

Поверхность с параболами в сечениях

* = I

(2 х - а) 1 —

а

1 - у

2

2

2

3

а

2

2

а

2

а

2

2

Ь

у

"И

2

Ь

Такая форма древесной плиты в полной мере подходит под определение пологой оболочки [4], т.е. оболочки, у которой стрела прогиба f не превышает одной пятой наименьшего линейного размера плана а или Ь.

В результате экспериментальных исследований на образцах 400 400 мм2 толщиной 19 мм при средней температуре электрообогреваемых прессующих плит Тср = 170 °С для стрелы прогиба плиты f (мм) получено регрессионное уравнение в виде степенной зависимости

0,734 „-3,139

/ = Кь • 0,012-АТи'/34 • р

(2)

где АТ - варьируемый параметр; р - плотность плиты, г/см3; К. = 1 - масштабирующий коэффициент.

В эксперименте создавали температуру верхней Тв и нижней Тн прессующих поверхностей соответственно

Тс

Тср +

АТ

Т

Н

Т -

1 СР

АТ

(3)

т.е. дополнительно нагревали верхнюю прессующую плоскость и охлаждали нижнюю и наоборот (для исключения влияния веса исследуемой плиты). При этом средняя температура прессования оставалась неизменной, равной примерно 170 °С

Тср = 2 (ТВ + ТН )

(4)

Экспериментальные исследования показали, что величина стрелы прогиба f подчиняется условию подобия, т.е. для квадратной плиты с длиной сторон (мм) стрела прогиба отличается в ¿/400 от стрелы прогиба плиты, для которой получено уравнение (2), т.е. для плиты с длиной сторон 400 мм. Поэтому поправка на формат плиты (масштабирующий коэффициент) составляет: К. = 400/^. Для плиты неквадратной формы вместо следует подставлять среднее арифметическое между длиной и шириной плиты.

Результаты эксперимента представлены на рисунке.

Д/

мм

2,0

1,5

1,0

0,5

У У V г ^ х-

/ ^ / / /

У /у /' г/ /2

/3

-- ~ ~~ ^

0

25

50

75

ДТ,

град

Значения стрелы прогиба плиты и их доверительных интервалов в зависимости от разности температур верхней и нижней плит пресса. Плотность плит: 1 - 0,5 г/см3; 2 - 0,7 г/см3; 3 - 0,9 г/см3

Таким образом, путем целенаправленного создания дисбаланса прессующих поверхностей можно не только устранять покоробленность готовой древесной плиты, но и получать ее определенную форму.

Для получения древесной плиты в виде эллиптического цилиндра может использоваться либо различие температур в части поперечных каналов прессующих плит (при расположении дуги цилиндра вдоль направления изготовления), либо различие температур в части продольных каналов (при расположении дуги цилиндра поперек направления изготовления). При этом стрелу прогиба f эллиптического цилиндра регулируют величиной дисбаланса температур сегментов верхней и нижней прессующих поверхностей.

Для получения других форм древесных плит необходимо создавать более сложную асимметрию нагревательных поверхностей: чем сложнее форма оболочки, тем сложнее должен быть температурный дисбаланс. Зоны повышенных и, соответственно, пониженных температур прессующих поверхностей и получающиеся при этом формы пологих оболочек представлены в таблице. Здесь повышенная температура показана более темным фоном.

Форма древесных плит в виде гиперболического параболоида могла бы быть получена при диагональном перепаде температур прессующих поверхностей, который нельзя получить в действующих прессах с использованием имеющихся каналов для теплоносителя (например, перегретого пара). При необходимости получения изделий со сложными поверхностями пресс должен быть оснащен соответствующими электронагревательными элементами.

Формы плит в виде оболочек могут представлять интерес для строительства, в частности при изготовлении опалубки для куполообразных железобетонных оболочек, у которых минимизированы напряжения изгиба. В безизгибных железобетонных оболочках может быть значительно уменьшена опасность возникновения трещин, а кривизна таких оболочек может придать им дополнительную жесткость и устойчивость.

Различные формы древесных плит могут представлять интерес также при изготовлении оригинальных мебельных элементов, например для получения Б-образных боковых элементов столов, слегка выпуклых дверей кухонной мебели и т.д. Трудность обработки таких плит (шлифование, каширование, ламинирование) может быть компенсирована простотой их изготовления.

Таким образом, активные способы устранения покоробленности древесных плит могут позволить расширить технологические возможности их изготовления и получать на традиционном оборудовании плиты с оригинальным декоративным качеством. За счет целенаправленного регулирования температуры верхней и нижней прессующих поверхностей можно задавать такой режим прессования, при котором готовая плита будет иметь изгиб заданной формы и величины. Это может позволить производить древесные плиты в виде пологих оболочек на традиционном оборудовании для плоского прессования.

Литература

1. Справочник по производству древесностружечных плит / И.А. Отлев [и др.]. - 2-е изд., перераб и доп. - М.: Лесн. пром-сть, 1990. - 384 с.

2. Гулимов В.Г. Оборудование для прессования древесноволокнистых плит. - М.: Лесн. пром-сть, 1983. -56 с.

3. Плотников С.М. Устранение покоробленности древесностружечных плит температурной асимметрией прессования // Деревообрабатывающая пром-сть. - 2008. - № 2. - С. 6-8.

4. Колкунов Н.В. Основы расчета упругих оболочек: учеб. пособие. - М.: Высш. шк., 1987. - 256 с.