3840

1

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова»

Т.К. Курьянова А.Д. Платонов

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

Лабораторный практикум

Воронеж 2015

2

УДК 674.047.3 П 37

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 6 от «27» марта 2015 г.)

Рецензенты: кафедра проектирования конструкций, оснований и фундаментов им. проф. Ю.М. Борисова» ФГБОУ ВПО

«ВГАСУ»; Генеральный директор ООО «Древстрой» А.В. Прудников;

Платонов, А.Д. Физические основы гидротермической обработки древесины [Текст] : лабораторный практикум / А. Д. Платонов, Т. К. Курьянова ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова» – Воронеж, 2014. – 41 с.

ISBN

Лабораторный практикум является руководством к выполнению лабораторных работ по тепловой обработке, сушке и защите древесины. В нем излагается последовательность выполнения работ, даны указания по организации и проведению научно-исследовательской их части, эксплуатации контрольноизмерительных приборов, используемых в сушильной технике.

Лабораторный практикум предназначен для магистров по направлению подготовки 35.04.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств.

УДК 674.047.3

© Платонов А.Д., Курьянова Т.К., 2015

ISBN © ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова», 2015

3

Введение

Вкурсе «Физические основы гидротермической обработки древесины» изучаются процессы воздействия на древесину тепла, влажного газа или жидкости. Целью этих процессов является изменение температуры и влажности древесины или введение веществ, улучшающих ее технологические и эксплуатационные характеристики.

Процессы гидротермической обработки основаны на физических явлениях теплообмена и массообмена древесины с окружающей средой, которые относятся к классу явлений переноса.

Гидротермическая обработка древесины – необходимая часть почти всех технологических процессов деревообработки, от правильного проведения ее зависит качество, надежность и долговечность изделий из древесины, а также потери древесины при механической обработке.

Важность изучаемого курса требует глубоких и прочных знаний, которые обучающийся приобретает и углубляет на лабораторных занятиях.

Всоответствии с программой курса «Физические основы гидротермической обработки древесины» в настоящем издании даются методические указания к выполнению следующих лабораторных работ:

1. Количественная и качественная оценка величины внутренних сушильных напряжений.

2. Влияние тепловой обработки на стойкость древесины.

3. Влияние тепловой обработки на пропитываемость древесины лиственных и хвойных пород.

4. Влияние тепловой обработки на гигроскопичность древесины лиственных и хвойных пород.

5. Влияние тепловой обработки на влагопоглощение древесины лиственных и хвойных пород.

5. Деформативность древесины при различных режимах тепловой обработки и начальной влажности.

Общие методические указания к выполнению лабораторных работ

Магистры очной и заочной формы обучения приступают к выполнению лабораторных работ после прослушивания лекций и проработки соответствующих разделов курса.

4

Магистры заочной формы обучения к началу лабораторных занятий должны выполнить контрольные задания и самостоятельно проработать соответствующие разделы курса.

Обязанности магистров на каждом рабочем месте могут быть распределены так: сначала все ведут подготовку к выполнению лабораторной работы, т.е. настраивают оборудование и приборы, получают у старшего лаборанта или учебного мастера необходимые материалы, инструменты и бланки отчетов, а затем один магистр следит за работой всей установки, другой – ведет измерения, третий − записывает результаты. Измерения производятся не менее трех раз, каждый раз магистры последовательно меняют свои обязанности. Для каждого лабораторного занятия старший лаборант или учебный мастер подготавливают необходимые материалы, приборы, инструменты и бланки отчетов. Отчет по лабораторной работе составляется каждым магистром на бланке отчета. В отчет заносятся результаты измерений, схемы установок и приборов, все необходимые исходные данные и подсчеты. Оформленный бланк отчета предъявляется преподавателю, который проверяет правильность его оформления, самостоятельность выполненной работы и подписывает отчет.

Все отчеты по лабораторным работам сохраняются магистрами и предъявляются на зачете по курсу.

Обучающиеся должны знать цель каждой лабораторной работы, содержание, порядок выполнения, результаты и выводы. Магистры, не выполнившие лабораторные работы, предусмотренные программой курса, к зачету не допускаются.

При выполнении лабораторных работ должны строго соблюдаться правила техники безопасности. Все движущиеся части оборудования с яркой оранжевой или красной окраской должны иметь ограждения. У пусковых устройств должны быть указания о порядке пуска и остановки, около электрических устройств (электронагревателей, распределительных щитов, пусковых устройств, приборов и т.д.) должны быть под ногами резиновые коврики.

Преподаватель перед началом лабораторных занятий должен предупредить обучающихся о строгом выполнении правил техники безопасности, дополнительно проинструктировать о правилах работы на опасных рабочих местах.

5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ И КАЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВЕЛИЧИНЫ ВНУТРЕННИХ СУШИЛЬНЫХ

1. Цель работы

Изучение влияния различных видов и условий гидротермической обработки на определения качественной и количественной характеристики внутренних напряжений в пиломатериалах.

2. Общие положения

Древесина, выпускаемая из сушилки, должна соответствовать своему назначению. Так как назначение древесины может быть различным, различными должны быть и требования к качеству сушки.

В зависимости от этих требований установлено четыре категории качества сушки: I, II, III категории – сушка пиломатериалов до эксплуатационной влажности, 0 категория – сушка пиломатериалов до транспортной влажности.

Качество сушки характеризуется несколькими показателями. К ним относятся: соответствие средней влажности высушенных пиломатериалов в штабеле заданной конечной влажности; величина отклонений влажности отдельных досок или заготовок от средней влажности пиломатериалов в штабеле; перепад влажности по толщине пиломатериалов; остаточные напряжения в высушенных пиломатериалах. Важным показателем качества древесины является количественная оценка внутренних напряжений.

Показатели качества сушки пиломатериалов (заготовок) подлежат нормированию. Нормы устанавливаются в зависимости от категории качества сушки

иусловий эксплуатации изделий.

3.Содержание работы

1.Определение средней конечной влажности древесины сушильновесовым методом.

2.Определение перепада влажности по толщине материала.

6

3.Определение полных и остаточных внутренних напряжений в высушенном материале.

4.Определение количественной характеристики внутренних напряжений.

5.Изучение требований к качеству сушки пиломатериалов и определение категории качества сушки исследуемого образца.

Древесина после сушки должна по качеству соответствовать своему назначению. Качество пиломатериалов является комплексным показателем состояния древесины. Оно характеризуется средней влажностью пиломатериалов

вштабеле:

-величиной отклонений влажности отдельных досок или заготовок от средней влажности пиломатериалов в штабеле;

-перепадом влажности по толщине материала;

-величиной внутренних напряжений в материале.

В зависимости от значений показателей устанавливается категория качества сушки, которая, в свою очередь, предопределяет назначение высушенных пиломатериалов.

Перед выполнением работы необходимо изучить по [4] раздел «Категории качества сушки», по [2, 5] «Напряжения и деформации в древесине при сушке», «Контроль за влажностью древесины и внутренними напряжениями».

При выполнении работы магистр должен:

−изготовить образцы для определения качественной и количественной оценки величины внутренних сушильных напряжений.

−освоить методику определения качественной и количественной оценки внутренних напряжений в пиломатериалах;

– определить показатели и установить категорию качества сушки и области применения исследуемого образца древесины.

4.Лабораторное оборудование, приборы, инструменты и материал

-Сушильный шкаф с терморегулятором.

-Весы аналитические.

-Слесарные тиски.

-Ножовка для распиловки древесины.

-Нож, стамеска, молоток, линейка, штангенциркуль, шлифовальная

7

бумага, струбцины, шило, гири массой 250 г и 500 г.

-Индикатор часового типа.

-Прибор для определения остаточных напряжений в древесине. Опыты выполняются на отрезке доски, подвергнутой камерной сушке.

5.Порядок выполнения работы

5.1.Из отобранной для исследований доски, на расстоянии не менее трех толщин от края, выпилить шесть секций (рис. 1). Каждая из секций предназначена для определения следующих показателей сушки:

Рис. 1. Схема раскроя доски на секции для определения качества: 1 – средней влажности; 2 – перепада влажности по толщине материала, 3 – характеристика полных внутренних напряжений в материале в момент взятия пробы; 4 – остаточных напряжений; 5

– для измерения упругих деформаций; 6 – для определения послойного модуля упругости; 7 – влажности на момент определения упругих деформаций и послойного модуля упругости

Секции 1-4 вырезают толщиной вдоль волокон 10-12 мм. Секции 5-6 вырезают толщиной вдоль волокон 15 ±0,5 мм из пиломатериалов толщиной не менее 25 мм и шириной не менее 100 мм. Вырезанные секции необходимо очистить от опилок и заусениц шлифовальной бумагой и пронумеровать.

5.2. Для определения средней влажности материала секцию 1 сразу после выпиливания следует взвесить на весах с точностью до 0,01 г и поместить в сушильный шкаф с температурой 103 ±2 °С, где она высушивается до абсолютно сухого состояния, т.е. до тех пор, пока ее масса станет постоянной. Массу секции до и после высушивания (последнюю определяют на следующем занятии) заносят в табл. 1.

8

Таблица 1

Определение средней влажности и перепада влажности по толщине материала

Средняя влажность материала Wср, % определяется на основании полу-

где тн − начальная масса секции, г; то − масса абсолютно сухой секции, г.

5.3. Для определения перепада влажности по толщине пиломатериала W секции необходимо разметить так, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Схема раскроя секций послойной влажности: а – для пиломатериалов (заготовок) толщиной до 32 мм; б – для пиломатериалов (заготовок) толщиной более 32 мм; В – ширина пиломатериалов (заготовок). 1, 3 – поверхностные и 2 - внутренние слои древесины секций

9

С помощью стамески удалить боковые грани секции, а ее центральную часть расколоть на равные полоски. Количество полосок зависит от толщины материала. Полученные полоски пронумеровать в порядке их расположения в материале, взвесить и результаты взвешивания занести в табл. 1. Затем полоски поместить в сушильный шкаф, где при температуре воздуха 103 ±2 °С высушить их до абсолютно сухого состояния. Масса полосок в абсолютно сухом состоянии определяется на следующем занятии. Затем по формуле влажности вычислить первоначальную влажность каждой полоски. Результаты записать в табл. 1.

Перепад влажности по толщине материала определяется по следующим формулам:

Если перепад влажности Wср больше указанных норм (см. табл. П.1.1 прилож. 1), то материал подвергается влаготеплообработке.

5.4. Определение полных и остаточных внутренних напряжений в высушенном материале.

Полные и остаточные внутренние напряжения определяются с помощью секций «три» и «четыре».

5.4.1. Для установления характера полных напряжений в материале в момент взятия пробы необходимо сразу же после выпиловки секции «три» разметить ее карандашом согласно схеме (рис. 2).

Затем с помощью стамески и ножовки изготовить силовой образец − двузубую гребенку. Полученную секцию уложить на бланк отчета и обвести её проекцию карандашом.

По форме изгиба зубов гребенки определить характер полных напряжений в материале (см. прил. 1). Результаты указать в табл. 2.

5.4.2. Для определения остаточных напряжений секцию «четыре» выдерживают 2−3 часа при температуре 103 ±2 °С. После охлаждения секции из нее вырезают образцы по схеме рис. 2.

10

Рис. 2. Схема выпиловки двузубой гребенки: а – для пиломатериалов толщиной до 40 мм; б – для пиломатериалов толщиной более 40 мм

Таблица 2

Показатели качества сушки пиломатериала

Об остаточных напряжениях в материале судят по относительному отклонению зубцов секции f (в вершине) от нормального положения, приходящегося на единицу длины секции, определенному по формуле

где l − длина зубца, мм;

Т − расстояние, характеризующее нормальное положение зубцов, мм; Т1 −расстояние, характеризующееотклонениезубцовпослевыпиловки, мм.

С помощью линейки для исследуемой двузубой гребенки установить размеры Т, Т1, l. Рассчитать относительное отклонение, результаты записать в табл. 2.