4879

1

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

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

А.Д. Платонов

ГИДРОТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И КОНСЕРВИРОВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

Методические указания к практическим занятиям для аспирантов

по направлению подготовки 35.06.04 - Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве, направленность программы «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки»

Воронеж 2016

2

УДК 674.047.3

П 37

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № __ от «___» мАЯ 201_ г.)

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

Платонов, А.Д. Гидротермическая обработка и консервирование древесины [Текст] : методические указания к практическим занятия для аспирантов по направлению подготовки 35.06.04 - Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве, направленность программы «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки» / А. Д. Платонов ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова».– Воронеж, 2016. – 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 аспирантов по направлению подготовки 35.06.04 «Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве».

3

Введение

Вкурсе «Гидротермическая обработка и консервирование 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 «Гидротермическая обработка и консервирование 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 аспирантами и предъявляются на зачете по курсу.

Обучающиеся должны знать цель каждой практической работы, содержание, порядок выполнения, результаты и выводы. Аспиранты, 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

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

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, приходящегося на единицу длины секции (рис. 2), определенному по формуле

где l длина зубца, мм;

8

Трасстояние, характеризующее нормальное положение зубцов, мм;

Т1 расстояние, характеризующее отклонение зубцов после выпиловки, 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 (Δl) 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 вы-

числяют 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 эпюра 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.