CC BY
23
ХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЕ
УДК 674.093.6-413
А.Г. Черных, Л.В. Ильюшенков
Черных Александр Григорьевич родился в 1954 г., окончил в 1976 г. Ленинградскую лесотехническую академию, доктор технических наук, профессор кафедры технологии деревообрабатывающих производств СПб ГЛТА, академик РАЕН, ген. директор НП «Ассоциация деревянного домостроения». Имеет более 100 научных работ в области технологии и оборудования лесопиления, деревянного домостроения, технологии защитно-декоративных покрытий древесины.
Ильюшенков Леонид Владимирович родился в 1979 г., окончил в 2003 г. С-Петербургскую государственную лесотехническую академию, аспирант по специальности 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревообработки». Область научных исследований - лесопиление, сушка древесины.
ПОЛУЧЕНИЕ
РАДИАЛЬНЫХ ЧЕРНОВЫХ ЗАГОТОВОК
Освещены основные подходы к раскрою пиловочника на радиальные пиломатериалы и заготовки, а также представлено направление его совершенствования.
Ключевые слова: радиальные пиломатериалы, радиальные черновые заготовки.
Радиальные черновые заготовки находят применение во многих отраслях промышленности. Это связано с их уникальными свойствами: изделия, сделанные из них, обладают большей формоустойчивостью. При изменении климата и условий эксплуатации их меньше коробит, так как усушка и разбухание идут преимущественно в радиальной плоскости.
В работах Н.А. Батина и А.А. Янушкевича [2] определены зоны бревна для выпиловки радиальных пиломатериалов. Рассмотрим схему на рис. 1, а. Угол наклона годичных слоев к пласти доски / а = / ОКЫ (угол радиальности) определяется углом наклона касательной I - I, проведенной к годичному слою в точке К (прямая МК - центральная ось доски, параллельная пласти). Исходя из этого определяют допустимые зоны для выпиловки
а б
Рис. 1. Допустимые зоны для выпиловки радиальных пиломатериалов: а - сегмент; б - сектор
радиальных пиломатериалов различными способами. Максимально возможную ширину, мм полупостава при распиловке сегмента найдем по следующей формуле:
+ ^г 2(1 + ^2а)-
х =--—-, (1)
1 +
где е - ширина центральной вырезки, мм.
При е = 0 формула примет вид
*= (2)
где г - радиус бревна, мм.
Определим ширину участка равностороннего сектора, мм, из которого могут быть выпилены радиальные пиломатериалы (рис. 1, б):
л/2(21еа - 1)е + Лг2 (41ц2а - 41ца + 2) - 2е2 хс =-:---:-• (3)
В приведенных выше формулах зону, из которой можно получить радиальные пиломатериалы, рассчитывают из допущения, что поперечное сечение бревна и очертание годичного слоя представляют собой окружность. В действительности такие случаи практически не встречаются. Реальная форма бревна и годичного слоя значительно отличается от принятого допущения, что сказывается на точности расчета выхода радиальных пиломатериалов.
В работе Л.К. Осиповой и И.С. Межова [3] проанализированы существующие способы получения радиальных пиломатериалов и заготовок. Наиболее эффективными признаны развально-сегментные и брусово-сегментные. Они обеспечивают получение радиальных досок и профильных заготовок с сечением в виде треугольника или пятиугольника.
Склеиванием профильные заготовки перерабатывают в радиальные [3]. Выход цельных радиальных заготовок составляет 25 ... 53 %, а с учетом
склеивания профильных заготовок - 58 ... 67 %. С увеличением диаметра пиловочника выход радиальных заготовок возрастает.
В эксперименте нами использованы бревна диаметром 18 ... 30 см [4]. При склеивании профильных заготовок выход радиальных, бесспорно, увеличивается, но требует также дополнительных технологических операций по подготовке поверхности заготовок к склеиванию и по их склеиванию. Следует отметить, что применение треугольных и пятиугольных заготовок ГОСТ 24700-99 «Блоки оконные деревянные со стеклопакетами» не предусматривает.
В работе [1] А.А. Пижурин и С.Н. Мчедлишвили предложили усовершенствованную развально-сегментную схему раскроя пиловочника на радиальные пиломатериалы. Размеры участков бревна, в пределах которых могут быть получены радиальные пиломатериалы, определяют в зависимости от диаметра бревна. Увеличение указанной зоны приводит к тому, что крайние доски имеют тангентальное расположение годичных слоев в центральной зоне (рис. 2, зона 2).
Для увеличения выхода радиальных заготовок предложено удалять центральную тангентальную зону. Ее ширину для угла радиальности 60° рассчитывают по формуле
г = л/3(0,277й + +Г)-2 -(0,277й + + Г)2 , (4)
где й - диаметр бревна, мм;
5 - ширина пропила, мм;
^ - толщина крайней доски, выходящей за зону радиальности, мм.
Этот способ нельзя применить для досок, поставляемых в пакетах, так как затруднено определение диаметра бревна, из которого они получены. Его можно осуществить только в лесопильном цехе при проведении соответствующих организационных мероприятиях, связанных с хранением аргументов, входящих в формулу (1) для каждой доски, расчетом величины Z
Рис. 2. Схема деления доски на радиальную (1) и центральную тангентальную (2)
зоны
и надлежащей настройкой обрезного станка. К недостатку способа следует отнести то, что центральная тангентальная зона не всегда расположена по центру доски.
В технологии изготовления радиальных черновых заготовок остаются следующие проблемы:
1. Несовершенство математического аппарата для расчета поставов на выпиловку радиальных черновых заготовок. Сбор сведений о сырье сводится к определению его диаметра, не учитывается характер расположения годичных колец, эллиптичность бревен, смещение сердцевины.
2. Низкий выход радиальной пилопродукции из тонкомерного
сырья.
Перед нами стояла задача - решить эти проблемы при помощи сканирования. Перед формированием сечения радиальных заготовок необходимо провести сбор сведений о характере расположения годичных колец. Места замеров выбирают у пласти, обращенной к периферии бревна, в зоне расположения поздней древесины. В выбранных точках определяют угол наклона годичного кольца с помощью специального алгоритма. После исключения грубых измерений по полученным данным строят кривые с использованием полинома второго порядка (рис. 3). Аппроксимируемая функция в точках, соответствующих углам 0 или 180°, имеет разрыв, поэтому для описания наклона годичных слоев по сечению бревна применяют два полинома.
а
/ SL, э-оэ
в fc-excoa / в seecfeo©. / 2 в «
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
б
Рис. 3. Схема математического описания расположения годичных колец в торце пиломатериала: а - места замеров наклона годичных колец (о - точки замеров), б - описание наклона годичных колец с помощью полиномов 2-го порядка (оси имеют размерность в пикселях изображения); 1 - для угла аь 2 - а2 (о - эмпирические данные, х - промахи,--теоретическая кривая)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 45° >а>135° а<45° или а>135°
а
О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
б
Рис. 4. Схема раскроя пиломатериалов на радиальные черновые заготовки: 1 - для заготовок с минимальным углом радиальности 45°; 2 - более 45°
Углы а] и а2 расположены между касательной к годичному слою и положительным направлением оси 0х. С помощью полученных данных строится схема раскроя (рис. 4).
На схеме а площадь торца пиломатериала по характеру наклона волокон разделена на радиальные и тангентальные зоны. В полученных зонах произведена целевая ориентация заготовки относительно годичных колец так, чтобы угол их наклона к пласти заготовки не превышал 45°.
На схеме б площадь торца пиломатериала по характеру наклона волокон разделена на тангентальные и радиальную (полурадиальную) зоны. В последних пропилы ориентированы под углами у^2, которые определяют по формулам
У1 = а3 - атах; (5)
у2 = а3 - атт, (6)
где а . - требуемый угол радиальности;
Отах - максимальный угол наклона годичных колец к пласти пиломатериала, который находят с помощью полинома оц; Отш - минимальный угол наклона годичных колец к пласти пиломатериала, который находят с помощью полинома си2.
Полученные по схеме а заготовки могут быть использованы в производстве клееных мебельных щитов и клееного оконного бруса, по схеме б - музыкальных инструментов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А. с. SU 1530443 Способ получения радиальной пилопродукции из бревен [Текст] / А.А. Пижурин, С.Н. Мчедлишвили. - http://www. fips.ru/cdfi/reestr rupat.htm
2. Батин, Н.А. К составлению поставов на выпиловку радиальных пиломатериалов [Текст] / Н.А. Батин, А.А. Янушкевич // Механическая технология древесины. - 1971. - Вып. 1. - С. 9-13.
3. Межов, И. С. Производство радиальных пиломатериалов и заготовок [Текст] / И.С. Межов, Л.К. Осипова // Деревообраб. пром-сть. - 1996. - № 3. - С. 8-10.
4. Осипова, Л.К. Исследование процесса продольной распиловки бревен с целью повышения выхода радиальных пиломатериалов [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.21.05 / Осипова Людмила Константиновна. - СПб., 1996. - 21 с.
С.-Петербургская государственная лесотехническая академия
Поступила 3.03.05
A.G. СИвгпукИ, L.V. Iljushenkov Producing Radial Rough Workpieces
The main approaches to cutting sawlogs into radial sawn timber and workpieces are covered; its improvement direction is presented.
