CC BY
34
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОПТИМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА ДРЕВЕСИНЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ШПОНА
А.П. КОМИССАРОВ, к.т.н., Уральская государственная сельскохозяйственная академия
Рациональное использование сырья, материалов, электроэнергии и топлива- основа ресурсосбережения.
Известно, что для получения из древесины различных пород качественного шпона, необходимо знать до какой температуры на оси сортимента следует осуществлять его нагрев.
Из практики и исследований зависимости качества шпона от температуры древесины перед строганием известно, что перегревание шпона или недогревание ее на 10 °С приводит к получению некачественного шпона. Как показали исследования на древесине лиственницы, отклонения от оптимальной температуры нагрева перед строганием должны быть в пределах ± 5 °С.
В настоящее время нет четких рекомендаций по значениям оптимальной температуры нагрева на оси сортимента различных пород древесины.
На эластичность древесины хвойных и лиственных пород очевидно влияет различие их в химическом составе, наличие процента поздней древесины или наоборот большого процента ранней древесины и др. Следовательно, необходимо дать теоретическое обоснование зависимости оптимальной температуры прогрева сортиментов перед строганием (лущением) шпона из древесины различных пород. Оптимальная температура нагрева той или иной породы древесины в большинстве случаев находится в прямой зависимости от ее твердости и плотности. Известно, что чем тверже и плотнее древесина, тем дольше и до более высокой температуры ее необходимо нагревать, чтобы получить необходимую эластичность при строгании шпона. Кроме того, древесину можно охарактеризовать еще жесткостью, которая является характеристикой каждой породы древесины, определяющей ее способность сопротивляться деформации (растяжению,
изгибу, кручению, размягчению и т.д.), зависящей от физических свойств материала (модулей упругости). Жесткость - это опосредованная величина, характеризующая особенности каждой породы древесины, оказывающая при размягчении определенное сопротивление воздействию температуры среды. Очевидно, что главными факторами, влияющими на оптимальную температуру нагрева древесины, будут ее твердость и плотность. Для этой цели вводится понятие безразмерной величины жесткости, выражающейся отношением «объемной твердости» к плотности, которая характеризует степень сопротивляемости древесины к тепловому воздействию. Известно, что определение по методике Бринелля твердости древесины дает лишь одностороннюю оценку без учета ее анизотропности. Поэтому в отличие от определения твердости однородных металлов сила воздействия полусферы конца пуансона при внедрении в древесину раскладывается на силы, воздействующие на торцовую, радиальную и тангенциальную поверхности. Для учета этих сил при определении твердости вводится понятие «объемной твердости», которая определяется по формуле
ст =, кн/м3, (1)
я/?3
где Р - сила, кн; Я - радиус, м.
В настоящее время считается, что наиболее эффективен нагрев древесины в насыщенном паре при температуре агента обработки - 100 °С в безнапорных пропарочных камерах.
Как показала практика и расчеты, существует прямая зависимость оптимальной температуры от жесткости древесины, выражающаяся отношением «объемной твердости» к ее плотности.
Определим постоянную величину -К, характеризующую изменение эластично-
сти от температуры нагрева. Для этих целей используем график модуля упругости при нагревании и охлаждении древесины сосны по Ф. Кольману, из которого можно определить степень влияния температуры среды на модуль упругости. Так, в интервале температур от О °С до 100 °С, при нагревании модуль упругости изменяется от 1,34 н/см2 до 0,41 н/см2 на величину 0,93 н/см2, или на один градус, это составит 0,0093 н/см2.
Исходя из предположения, что эластичность будет изменяться по такой же закономерности, что и модуль упругости, выразим сопротивление воздействия температуры агента обработки 100°С через жесткость как безразмерную величину в виде формулы
Т = -К,° С, (2)
У
где ст - объемная твердость древесины, Кн/м3;
л
у - плотность древесины, кн/м ; к = 9,3- коэффициент перевода жесткости в эластичность древесины на 1 °С, где на каждую единицу жесткости древесины осуществляется нагрев на 1 °С, чтобы придать ей эластичность, затрачивая при этом эквивалентное тепловому воздействию усилие в 9,3 Кн/м2.
Пользуясь этой формулой был составлен график зависимости оптимальной температуры нагрева для некоторых пород древесины перед строганием (лущением) от ее жесткости. На рисунке дана зависимость оптимальной температуры нагрева от жесткости древесины. Пример определения оптимальной температуры для сосны показан стрелками и составляет 40 °С.
Благодаря введению нового понятия безразмерной величины жесткости и на основании проведенных исследований на древесине лиственницы, березы, ясеня составлены режимы гидротермической обработки брусьев ванчесов в насыщенном паре при температуре 100 °С для 12 пород древесины, которые представлены в таблице. Точность предлагаемых режимов регламентируется в пределах ± 10 %. Более точные результаты можно получить при определении плотности древесины стереометрическим методом и определении статической объемной твердости по формуле (1), а затем жесткости по формуле (2) с переводом ее в эластичность и получения необходимой оптимальной температуры нагрева древесины. В этом случае температура нагрева будет определена с точностью до ± 5 %.
Таблица
Режимы гидротермической обработки брусьев или ванчесов в насыщенном паре при 100 °С
Материал Продолжительность гидротермической обработки, ч Температура на оси, °С
Брусья, ванче- Начальная температура брусьев или ванчесов, °С
сы,см X см от 0 °С и выше от 0 до - 5 °С от-6 до - 10 “С от- 11 до - 15 °С
1 2 3 4 5 6
Ель, кедр
20x30 2,3 4,2 6,0 6,5 30-35
25 хЗО 2,6 5,5 6,5 7,7
30x30 3,0 6,8 7,7 8,7
Липа, сосна, осина
20x30 3,0 5,6 8,0 9,0 35-40
25 хЗО 3,5 7,3 8,6 10,3
30x30 4,0 9,0 10,3 11,6
Продолжение таблицы
1 2 3 4 5 6
Лиственница
20x30 3,5 6,5 9,5 10,5 40-45
25 хЗО 4,0 8,5 10,0 12,0
30x30 4,5 10,5 12,0 13,5
Береза, ольха
20x30 4,3 8,0 11,6 12,8 50-55
25 хЗО 5,0 10,4 12,0 14,6
30 X 30 5,5 12,8 14,6 16,5
Вяз, бук
20x30 5,3 9,8 14,3 15,8 65-70
25 хЗО 6,0 12,8 15,0 18,0
30x30 6,8 15,8 18,0 20,4
Дуб, ясень
20 X 30 5,8 10,7 15,6 17,3 70-75
25 X 30 6,6 14,0 16,5 19,7
30x30 7,4 17,3 19,7 22,0
"’s
-Q
Н
о
X
(—
о
Ясёмь Цуо~ - Бук . — — — - - - — V /> V/ /
Дяз _ _ / _/ / y //' ¡ V! I / \ i i 1 i
и- Бер.е_з а 0 jib га - - — • .. ^ é £ ' i 1 i* 1 1 1 ! i • 1
JLtimie Coalas AMJXíL _ Ель / '-LWtyJk. / - /X/' '/у 1 / /| 1 Ч s і / 1 i 1 1 1 t 1 1 1 i i i i 1
>v ' 1 1 í 1 1 ' 1 ' 1 ! 1 ' 1 i 1 \~
//- Í/V /’ 1 1 / 1 1 ' 1 ' . ' 1 1 1 1 1 I 1 1 1 ' 1 1 1 . , .— 1 ! i : i \ 1 1 1 i
80
70
О
60 5 -н
CU
>*
н
50 <; о, UJ С
s
UJ
40 н
30
20
ОБЪЁМНАЯ ТВЁРДОСТЬ << кн/м
Рис. Номограмма для определения оптимальной температуры нагрева на оси сортимента в зависимости от породы древесины: у - плотность древесины, Кн/м3; а - объемная твердость древесины,
Кн/м3;------линия оптимальной температуры нагрева, °С; — ■-----линия (max и min) отклонения
от оптимальной температуры, “С
Исследования показывают, что температура древесины на оси сортимента после прекращения нагревания продолжает расти на 8...10°С за счет аккумулированного поверхностью древесины тепла в течение одного часа, а выравнивание температуры по сечению сортиментов происходит в течение 1,5...2 ч.
Следовательно, в целях экономии тепловой энергии и ускорения выравнивания температуры по сечению сортиментов, длительность гидротермической обработки необходимо сократить на 1 час, когда температура на оси сортиментов меньше оптимальной на 8... 10 °С. В этом случае эластичность периферийных и центральных слоев сортиментов по величине быстро выравнивается, особенно в сочетании с осциллирующим режимом.
Предложенный метод определения оптимальной температуры на оси сортиментов разработан на базе фундаментальных
исследований физико-механических свойств древесины [1, 2, 3, 4], обеспечивает их большую сохранность за счет сокращения времени воздействия высокой температуры агента обработки и способствует получению шпона высокого качества, увеличивает выход шпона из сырья на 6...8 %, уменьшает расход тепловой энергии от 10 до 15 %.
Литература
1. Уголев Б.Н., Боровиков А.М. Справочник по древесине. - М.: Лесная промышленность, 1989. - 294 с.
2. Чудинов Б.С. Теория тепловой обработки древесины. - М.: Наука, 1968. - 255 с.
3. Чернышева В.А., Швамм Е.Е., Бурков Л.В. Физические и механические свойства древесины. -Екатеринбург: УГЛТА, 1995. -25 с.
4. Комиссаров А.П. Методы тепловой обработки органических материалов с разработкой оборудования. - Екатеринбург: УрГСХА, 1995. - 228 с.
5. Kollmann F Die Abhängigkeit dei elastischen Eigenschaften von der Tempertur. Holz als Ron und Werkstoff. - 1960. - 18 yg., №. 8. - 38 s.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ НА ОБРАЗЦАХ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ И ДРУГИХ МАТЕРИАЛОВ С ТОЛСТОСТЕННЫМИ ЭКРАНАМИ
A.A. ШАДРИН, профессор каф. технологии и оборудования лесопромышленного комплекса МГУ Л а,
B.М. ФОКИН, к.т.н., доцент, Волгоградская Г АС А,
Г.П. БОЙКОВ, инженер, Волгоградская ГАСА,
А.М. ОЗЕРОВ, инженер, Волгоградская ГАСА
Ранее [1] была показана возможность определения температуропроводности методом упорядоченного теплового режима на образцах, имитирующих неограниченную пластину. Для соответствия теоретическим условиям приходилось использовать охранные электрические торцевые нагреватели, либо размеры пластины должны были в десять раз превышать толщину слоя, что усложняло экспериментальную установку.
Поэтому, для определения температуропроводности предлагается эксперимен-
тальная установка с толстостенными экранами, приведенная на рис.1. Образец, для которого определяют Т.Ф.Х. и толстостенные экраны выполняют из одного материала. Образец имеет форму сплошного цилиндра, а экраны - форму полых цилиндров. Нагрев всего пакета производится симметрично с торцевых сторон. В качестве нагревателя можно использовать бытовые электроплитки. Измерения температур производятся по середине и с торцевых сторон образца-стержня.
