CC BY
4УДК 674.09
К.В. ЗАЙЦЕВА, канд. техн. наук (kseniya_zaiceva@mail.ru), Л.А. ТИХОМИРОВ, канд. техн. наук, А.А. ТИТУНИН, д-р техн. наук, А.М. ИБРАГИМОВ, д-р техн. наук
Костромской государственный технологический университет (156005, г. Кострома. ул. Дзержинского, 17)
Раскрой окоренных бревен для создания клееных конструкций с изменяющимися геометрическими характеристиками сечения по длине
Для создания клееных конструкций из древесины, как правило, используют оцилиндрованные бревна, что обуславливает большой процент отходов (или малый выход). Особенностью подхода к раскрою круглых лесоматериалов в данной статье является использование окоренных бревен с сохранением сбега. Это позволяет: 1. минимизировать отходы; 2. создать клееные конструкции переменного сечения по длине с увеличенными геометрическими характеристиками (момент сопротивления сечения) и повышенной несущей способностью по отношению к исходному круглому сечению.
Ключевые слова: раскрой бревен, периферийная зона, сбег, клееные конструкции, момент сопротивления сечения.
K.V. ZAYTSEVA, Candidate of Sciences (Engineering) (kseniya_zaiceva@mail.ru), L.A. TIKHOMIROVA, Candidate of Sciences (Engineering),
A.A. TITUNIN, Doctor of Sciences (Engineering), A.M. IBRAGIMOV, Doctor of Sciences (Engineering) Kostroma State Technological University (17 Dzerzhinskogo Street, 156005, Kostroma, Russian Federation)
Ways of Cutting Barked Logs for Creation of Glued Designs with Changing Geometrical Characteristics of Section on Length
The rounded logs are used for creation of glued timber designs that causes big percent of waste (or a small exit). The use of barked of logs with preservation of a taper is a feature of approach to cutting of round forest products in this article. It allows: 1. to minimize waste; 2. to create glued designs of variable section on length with increased geometrical characteristics (the section resistance moment) and increased bearing capacity in relation to the initial round section.
Keywords: cutting of logs, peripheral zone, taper, glued designs, section resistance moment.
Особенностью природного материала, древесины, является сбег, поэтому при раскрое круглых бревен неизбежны отходы. В зависимости от способа раскроя, качества древесины, вида изделия и используемого оборудования количество отходов может достигать 60—65% от всего объема лесоматериала [1, 2].
Наиболее ценная древесина расположена в наружной части бревна, которая при раскрое уходит в отходы, что негативно сказывается на эксплуатационных показателях конечной продукции, таких как прочность, стойкость к загниванию и т. д. А более мягкая древесина остается в изделии (брус, доска). Поэтому сохранение более прочной древесины в строительных конструкциях является актуальной задачей.
Традиционно для создания клееных конструкций из древесины в качестве исходного материала используют
b - d/2
(/ 2 1 ;
т
d/t d/t \ 3 5 /
b = d/2 __ A / 2
d
Рис. 1. Раскрой бревна по варианту 1
оцилиндрованные бревна одинакового диаметра по длине [3—5].
В данной статье авторами предлагаются варианты раскроя круглых лесоматериалов с максимальным сохранением периферийной древесины с учетом сбега (рис. 1—5). Алгоритм раскроя [6] заключается в следующем.
Окорка древесины. Различают три вида окорки: чистую, грубую и пролыску. Для предлагаемых способов раскроя используем грубую окорку, при которой допускается полное или частичное сохранение лубяного слоя. Качество окорки проверяют по чистоте поверхности бревна (в процентах от площади всей поверхности). Поверхность должна быть гладкой, без мшистости
PS 1 \ V- _____L 7
~CD i_n
~ 0A33d
d 3 у
5
0A33d
Рис. 2. Раскрой бревна по варианту 2
62
научно-технический и производственный журнал
ноябрь 2015
iA ®
Materials and structures
Рис. 3. Наращивание по высоте из однотипных балок
Рис. 6. Балка с горизонтальным верхним поясом
Рис. 5. Раскрой бревна по варианту 4
и вырывов волокон, сучья должны быть срезаны запод лицо с поверхностью бревна.
Центровка бревна в станке и оцилиндровка с постоянным диаметром или на конус (при сбеге).
Раскрой бревен по выбранной схеме. После распиловки контролируют как качественные (наличие или отсутствие пороков древесины, качество обработки, сортность), так и количественные (выход пиломатериалов, соответствие размеров спецификации или ГОСТу, предельные отклонения от номинальных размеров) характеристики получаемой пилопродукции.
Сушка древесины. Вне зависимости от способа сушки (камерная, атмосферная, в поле токов высокой частоты, индукционная) обязательно контролируют конечную влажность пилопродукции, которая должна быть 10±2%.
Технологическая выдержка для стабилизации внутренних напряжений и равномерного распределения влажности по сортименту при определенных термо-влажностных условиях.
Подготовка поверхности под склеивание. Цель данной обработки заключается в придании заготовке правильной геометрической формы. При строгании особое внимание уделяется качеству поверхности под склеивание. Строгание также облегчает контроль качества древесины.
Нанесение клея и склеивание. Клей наносят, как правило, методом налива на больших скоростях для регулирования его расхода. Затем идет сборка клееного бруса и
Рис. 9. Трехшарнирная Г-образная рама с соединением ригеля и стойки на зубчатый шип
его прессование. Время выдержки в прессе может быть меньше времени полного отверждения клея и зависит от температуры воздуха, породы древесины и вида клея. Существуют различные прессы: горизонтальные, вертикальные, веерные, а также прессы проходного типа.
Технологическая выдержка в течение нескольких дней для полного отверждения клея.
Подготовка изделия в будущую конструкцию. Окончательная обработка заключается в строгании пластей для удаления подтеков клея и придании клееному брусу проектной формы, а также для формирования монтажных пазов, гребней и полостей. На данной стадии опиливают торцы клееных конструкций, выполняют необходимые запилы, сверление, раскрой на более короткие отрезки и т. п.
Пропитка конструкции. Перед осуществлением защитной обработки поверхность конструкций должна быть очищена от пыли и другого рода загрязнений. Деревянные клееные конструкции должны обрабатываться антипиренами и антисептиками. После химической обработки готовые изделия вылеживаются в течение 24 ч для достижения максимальных впитываемости и показателей огне- и биостойкости.
Согласно приведенной последовательности действий авторы предлагают несколько способов раскроя
fj научно-технический и производственный журнал
® ноябрь 2015 63~
Рис. 10. Трехшарнирная Г-образная рама с пятиугольной карнизной вставкой
бревен с учетом сбега бревна и дальнейшего получения клееных строительных конструкций.
Вариант 1. Момент инерции сечения в среднем увеличивается на 40% по сравнению с круглым лесоматериалом (рис. 1):
Го = 0,Ы3;
ууп 6 2 6 идча ,
где Ж0, Жп — соответственно моменты инерции круглого и прямоугольного сечений, см3; d — диаметр бревна, мм; Ь, h — соответственно ширина и высота клееного бруса, мм.
Вариант 2. Момент инерции сечения в среднем увеличивается на 62% по сравнению с круглым лесоматериалом (рис. 2):
0,433^(1,5^ =0Д(Шз.
Примечание.
При раскрое бревен и последующем склеивании в балку прямоугольного сечения по вариантам 1 и 2 для увеличения момента сопротивления сечения возможно склеивание по ширине и наращивание по высоте из аналогичных балок, что приводит к увеличению несущей способности (рис. 3).
Вариант 3. Момент инерции сечения в среднем увеличивается приблизительно в два раза по сравнению с круглым лесоматериалом (рис. 4).
Вариант 4. Момент инерции сечения в среднем увеличивается приблизительно в три раза по сравнению с круглым лесоматериалом (рис. 5).
Примечания.
Для увеличения момента сопротивления сечения при раскрое по вариантам 3 и 4 в отличие от вариантов 1 и 2 возможно только сплачивание по ширине боковыми полками двутавров.
Геометрические размеры сечений заготовок определяют в зависимости от:
— диаметров бревен (сбега);
— длины бревна;
— максимальных значений момента сопротивления и момента инерции сечения в склеенном двутавре.
Наиболее рационально использовать клееные элементы при изготовлении балок (рис. 6—8) и Г-образных рам (рис. 9—11).
Выводы.
Предложенные схемы раскроя лесоматериалов позволяют максимально сохранить периферийный слой древесины с учетом сбега бревна, а значит, повысить стойкость изделия к внешним воздействиям и минимизировать отходы.
Момент инерции поперечных сечений получаемых клееных конструкций до трех раз выше по сравнению с круглыми лесоматериалами, что позволяет изготавливать конструкции с максимально возможной несущей способностью.
Рис. 11. Трехшарнирная Г-образная рама с переменным сечением ригеля
В последующих публикациях будет представлена технология раскроя лесоматериалов, которая отличается от традиционной параллельным сбегом установки пил.
Список литературы
1. Ершов С.В. Определение границ размерных диапазонов распиливаемого сырья при эффективной эксплуатации лесопильного оборудования // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2013. № 4. С. 72—79.
2. Янушкевич А.А., Ларченко А.В., Чернявский Е.А. Индивидуальный раскрой бревен на радиальные пиломатериалы для клееных брусьев // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2012. № 34. С. 104—106.
3. Патент РФ 2415749. Способ получения клееных пиломатериалов из бревен (варианты) / Червинский В.А., Болдырев В.С., Щепкин В.Б., Кожухова И.Г. Заявл. 09.06.2009. 0публ.10.04.2011. Бюл. № 35.
4. Патент РФ 2185280. Способ переработки бревен / Исаев С.П. Заявл. 09.06.2001. Опубл. 20.07.2002.
5. Патент РФ 2438861. Способ получения клееных пиломатериалов из боковых досок бревна (варианты) / Червинский В.А., Болдырев В.С., Щепкин В.Б., Кожухова И.Г. Заявл. 05.04.2010. Опубл. 10.01.2012. Бюл. № 28.
6. Волынский В.Н., Пластинин С.Н. Первичная обработка пиломатериалов на лесопильных предприятиях: Учебное пособие. 2-е изд., испр. СПб.: Лань, 2012. 264 с.
References
1. Ershov S.V. Delimitation of dimensional ranges of the sawn raw materials at effective operation of the sawing equipment. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Lesnoy zhurnal. 2013. No. 4, pp. 72—79. (In Russian).
2. Yanushkevich A.A., Larchenko A.V., Chernyavskiy E.A. Individual cutting of logs on radial timber for glued bars. Aktual'nye problemy lesnogo kompleksa. 2012. No. 34, pp. 104-106. (In Russian).
3. Patent RF 2415749. Sposob polucheniya kleenykh pilo-materialov iz breven (varianty) [Way of receiving glued timber from logs (options)] / Chervinskiy V.A., Boldy-rev V.S., Shchepkin V.B., Kozhukhova I.G. Declared 09.06.2009. Published 10.04.2011. (In Russian).
4. Patent RF 2185280. Sposob pererabotki breven [Way of processing of logs] / Isaev S.P. Declared 09.06.2001. Published 20.07.2002. (In Russian).
5. Patent RF 2438861. Sposob polucheniya kleenykh piloma-terialov iz bokovykh dosok brevna (varianty) [Way of receiving glued timber from side boards of a log (options)] / Chervinskiy V.A., Boldyrev V.S., Shchepkin V.B., Kozhukhova I.G.; Declared 05.04.2010. Published 10.01.2012. (In Russian).
6. Volynskiy V.N., Plastinin S.N. Pervichnaya obrabotka pilomaterialov na lesopil'nykh predpriyatiyakh [Preprocessing of timber at the sawing enterprises]. Saint-Petersburg: «Lan'». 2012. 264 p.
научно-технический и производственный журнал Q'fffjyTf S JJbrlbJ" 64 ноябрь 2015
