4804

1

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

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

А.Д. Платонов, Т.К. Курьянова

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

Методические указания по практической работе для магистров

по направлению подготовки 35.04.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств

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.)

Рецензент: Директор ООО «Лигнум», к.т.н. И.Н. Медведев

Платонов, А.Д. Физические основы гидротермической обработки древесины [Текст] : методические указания по практической работе для магистров по направлению подготовки 35.04.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств / А. Д. Платонов, Т. К. Курьянова ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова».– Воронеж, 2015. – 48 с.

Методические указания являются руководством к выполнению практических работ по тепловой обработке, сушке и защите древесины. В нем излагается последовательность выполнения работ, даны указания по методике выполнения расчетов и камеральной обработке результатов ряда физических процессов гидротермической обработки древесины.

Методические указания предназначены для магистров по направлению подготовки 35.04.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств.

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 практических занятиях.

Всоответствии с программой курса «Физические основы гидротермической обработки древесины» в настоящем издании даются указания по методике выполнения расчетов и камеральной обработке результатов ряда физических процессов гидротермической обработке древесины по следующей тематике:

1. Количественная и качественная оценка внутренних сушильных напряжений.

2. Нагревание древесины в различных средах

3. Атмосферная сушка древесины

4. Пропитываемость древесины под действием избыточного давления

5. Диффузионная пропитка древесины

4

Общие методические указания к выполнению практических работ

Магистры приступают к выполнению практических работ после прослушивания лекций и проработки соответствующих разделов курса.

По каждой теме практических занятий обучающийся должен подготовить отчет по форме представленной в методических указаниях или по требованию преподавателя. Оформленный бланк отчета предъявляется преподавателю, который проверяет правильность его оформления, самостоятельность выполненной работы и подписывает отчет.

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

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

5

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ И КАЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВНУТРЕННИХ СУШИЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

1. Цель работы

Освоение методики расчета количественной величины и качественной оценки внутренних сушильных 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, определяемая по результатам определения модуля упругости и построения эпюры напряжений.

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

3.Содержание работы

1.Исходные данные для выполнения работы необходимо принять из лабораторной работы № 1.

2.Освоение методики определения полных и остаточных внутренних напряжений в высушенном материале.

6

3.Определение количественной характеристики внутренних напряжений.

4.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».

4.Порядок выполнения работы

4.1.Определение качественных показателей пиломатериалов

4.1.1.Исходные данные для определения средней влажности и перепада влажности по сечению пиломатериалов необходимо принять из лабораторной работы № 1 и занести в бланк отчета табл. 1.

Таблица 1

Определение средней влажности и перепада влажности по толщине материала

7

Средняя влажность материала Wср, % определяется по формуле

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

4.1.2. Перепад влажности по толщине материала определяется по следующим формулам:

Рис. 1. 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

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

4.1.3. Определение полных и остаточных внутренних напряжений в высушенном материале

Об остаточных напряжениях в материале судят по относительному отклонению зубцов секции f (в вершине) от нормального положения, приходяще-

где l − длина зубца, мм;

8

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

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

Для пиломатериалов, высушиваемых по I и II категориям качества, относительное отклонение не должно превышать 1,5 и 2 % соответственно. Если f больше допустимого и наблюдается изгиб зубцов внутрь, проводят дополнительную влаготеплообработку, если изгиб зубцов наружу − проводят подсушку данной партии материала и в последующем при сушке подобного материала продолжительность конечной обработки сокращается на 25 %.

4.2. Количественная характеристика остаточных напряжений. 4.2.1. Определение влажности древесины

Влажность древесины в момент взятия пробы (W1) определяют по формуле (1)

4.2.2. Определение средней деформации по длине слоя:

Для каждого слоя определяют перемещение ( l) в мм вычисляют по фор-

муле

где а1 – второй отсчет по индикатору при измерении начальной длины, мм; а2 – отсчет по индикатору при измерении конечной длины, мм. Вычисление производят с погрешностью не более 0,005 мм. Если а1 >a2

то t присваивают знак плюс (+), если а1< a2 то t присваивают знак минус (–).

9

Результаты вычислений а заносят в табл. 2

Таблица 2

Определение остаточных напряжений

4.2.3. Деформацию каждого слоя ε вычисляют, округляя результат до 10-4 по формуле

где а1 – начальная длина слоя, мм; а0 – установочный размер прибора, мм.

Вычисление деформации производят с погрешностью не более 0,00005 мм. Полученные значения ε с соответствующими знаками заносят в табл. 2.

4.2.4. Вычисление послойного модуля упругости образцов Вначале вычисляют приращение прогиба на каждую ступень нагрузки и

полученные значения заносят в табл. 3. В дальнейшем модуль упругости вычисляют только для тех ступеней нагружения, для которых наблюдается практически постоянная величина приращения прогиба. Если при некоторой ступени нагружения наблюдается резкое увеличение приращения прогибов, то данные, относящиеся к этой и последующим ступеням нагрузок, не учитывают.

4.2.5.За начальное нагружение, обжим, принимают первую ступень нагрузки. Вычитая из отсчетов нагрузки и прогибов их значения при обжиме, получают величины приведенных нагрузок Р и прогибов f, которые заносят в соответствующие графы табл. 3.

4.2.6.Вычисляют средние значения h и b и результаты заносят в табл. 3.

4.2.7. Для каждой четной ступени нагружения модуль упругости (Е) в Па (кгс/см2) вычисляют по формуле

Для каждой четной ступени нагружения модуль упругости (Е) в ГПа вычисляют по формуле

где Р – приведенная нагрузка на оба ножа, Н;

b и h – соответственно ширина и высота образца, мм; l – расстояние между опорами (пролет), см;

f – приведенный прогиб, мм.

Вычисление производят с погрешностью не более 10 МПа (5 кгс/см2). Из полученных величин вычисляют среднее значение Е для данного образца, которое заносят в табл. 3.

4.3. Определение напряжений и построение эпюры 4.3.1. Характеристикой напряженного состояния древесины служит эпю-

ра напряжений. Эпюру напряжений строят следующим образом (рис. 3). На горизонтальной оси О'—О' откладывают отрезок в масштабе 2 : 1, соответствующий толщине доски Н (рис. 3). Из-за шероховатости поверхности слоев сумма всех толщин слоев оказывается несколько больше величины Н. Этот излишек равномерно распределяют между всеми слоями и определенную таким образом поправку, равную обычно 0,2–0,4 мм, вычитают из замеренной толщины каждого слоя. Полученные новые значения толщины слоев откладывают в порядке их нумерации на отрезке Н. На ординатах, проходящих через середину участков оси О'—О', соответствующих толщинам слоев (рис. 3а цифры 1; 2;...; 12 обозначают номера слоев), откладывают величины деформаций ε.