Разработка технологии получения строганого шпона из древесины березы с ядровой гнилью (стр. 2 )

В результате исследований возможного поступления в производство древесины березы, пораженной ядровой гнилью, можно сделать вывод, что при организации производства переработки древесины березы, пораженной ядровой гнилью, примерное поступление сырья оценивается в 30% от общего количества древесины, получаемой при сплошных рубках.

Одним из перспективных направлений использования древесины, пораженной ядровой гнилью, является технология производства качественного строганого шпона. Становится необходимым проведение теоретических и экспериментальных исследований получения качественной выходной продукции по данной технологии раскроя, что послужило основой для изучения следующих глав.

Во второй главе представлены результаты исследований изменения величины плотности древесины березы, пораженной ядровой гнилью, по радиусу лесоматериала в комле.

Результатом проведенных исследований являлось выявление и анализ влияния распространения ядровой гнили на здоровые и прилегающие к гнили участки древесины по радиусу лесоматериала.

Для повышения точности математической модели изменения величины плотности в древесине, пораженной ядровой гнилью, необходимо применять кусочную аллометрию (сплайн–функцию). Применительно к данным исследованиям необходимо разделение описания математическими моделями здоровых участков древесины и участков, пораженных ядровой гнилью (1). В соответствии с этим:

  (1)

Рис. 1.  Величины и кривая изменения плотности части древесины березы, не пораженной гнилью, и изменения плотности части древесины березы, пораженной гнилью

Уравнение изменения плотности части древесины березы, не пораженной гнилью: .

Максимальная величина отклонения теоретических данных от фактических составляет 2,67%.

Уравнение изменения плотности части древесины березы, пораженной гнилью: .

Максимальная величина отклонения теоретических данных от фактических составляет 5,49%.

В третьей главе представлены результаты теоретических исследований способов раскроя древесины, пораженной ядровой гнилью.

Приведены морфологические исследования, в результате которых была построена морфологическая таблица технологий раскроя древесины, пораженной ядровой гнилью.

На основании данной морфологической таблицы синтезированы новые технологии использования древесины, пораженной ядровой гнилью, защищенные патентами РФ № 000, № 000, № 000, № 000, № 000, № 000.

Приведены теоретические исследования влияния геометрических характеристик круглых лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью, и вариантов раскроя по новым технологиям на величину объемного выхода строганого шпона.

Результатом проведенных исследований явилось определение количественных характеристик схем раскроя по новым технологиям использования лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью.

Согласно морфологическим исследованиям новых технологий раскроя древесины, выделены четыре варианта деления древесины, пораженной ядровой гнилью.

Определены формулы расчета толщин и объемов листов строганого шпона по всем вариантам деления.

1. Строгание по криволинейной поверхности (деление осуществляется по годичным слоям):

а) совместное расположение оси пораженного слоя и оси лесоматериала (2):

  ,  (2)

Рис. 2. Варианты получения строганого шпона из древесины, пораженной ядровой гнилью:

1. Строгание по криволинейной поверхности (строгание сектора осуществляется по годичным слоям): а – совместное расположение оси пораженного слоя и оси лесоматериала, б – расположение оси пораженного слоя смещено относительно оси лесоматериала; 2. Строгание по криволинейной поверхности (строгание сектора осуществляется по одному радиусу кривизны): в – совместное расположение оси пораженного слоя и оси лесоматериала, г – расположение оси пораженного слоя смещено относительно оси лесоматериала. 1 – лесоматериал, 2 – пораженный слой, 3 – получаемый шпон, 4 – контуры смещения рабочего органа (траектория движения)

б) расположение оси пораженного слоя смещено относительно оси лесоматериала:

  ,  (3)

.

Объем листа шпона при делении со стороны образующей V м3 находится следующим образом:

  .  (4)

2. Строгание по криволинейной поверхности (деление осуществляется по одному радиусу кривизны):

а) совместное расположение оси пораженного слоя и оси лесоматериала;

б) расположение оси пораженного слоя смещено относительно оси лесоматериала.

Толщина строганого шпона а, м на оси, по которой происходит смещение траектории деления, определяется (5):

  .  (5)

Итоговое выражение для нахождения площади сечения листа строганого шпона (части древесины, не пораженной ядровой гнилью) имеет следующий вид (6):

  (6)

Объем листа строганого шпона (части древесины, не пораженной ядровой гнилью) V, м3 определяется по формуле (7):

    (7)

Приведены теоретические исследования влияния геометрических параметров криволинейных образцов шпона на величины усилий и напряжений, возникающих в растягивающихся и сжимающихся слоях при их выпрямлении.

Выпрямление криволинейного образца шпона, с точки зрения сопротивления материалов, рассматривается как изгиб бруса. Практика применения и расчета балок, а также результаты предэксперимента по выпрямлению криволинейных образцов шпона (рис. 1.1) показали, что в подавляющем большинстве опасным является то сечение, где , поэтому практический проверочный расчет заготовок на прочность состоит в применении условия прочности по нормальным напряжениям.

Рис. 3. Криволинейный образец шпона:

R – радиус кривизны образца шпона, м;  h – высота образца шпона, м;

? – угол сектора;  rн – радиус кривизны нейтрального слоя (н. с.), м

При решении задачи о выпрямлении криволинейного образца шпона необходимо учитывать влияние сдвига на форму упругой линии образца.

Если исходить из обычной зависимости между изгибающим моментом и изменением кривизны образца шпона

  ,  (8)

то полное выпрямление криволинейной образца шпона наступит при силе давления . Для полного выпрямления образца необходимо, чтобы момент во всех точках был равен . В реальных условиях искомая сила оказывается конечной.

Полученное противоречие объясняется тем, что при изгибе силой Р у концов образца шпона, где изгибающий момент невелик, изменение кривизны происходит, главным образом, за счет деформаций сдвига, которые необходимо учесть.

При этом изменение кривизны образца шпона, прижатого к плоскости, , в этом случае

,  .

Решая дифференциальное уравнение (1), находим момент сечения

.

Величина  , .

Определяем максимальный момент, при М1 = 0

.

Максимальные напряжения, возникающие в растягивающихся и сжимающихся слоях соответственно (образец большой кривизны формулы (9); малой кривизны формулы (10))

,  ,  (9) 

,  .  (10)

Усилие необходимое для выпрямления криволинейных образцов шпона,10–1 Н.

  .  (11)

Рис. 4. Зависимость изменения напряжений в растягивающихся слоях

криволинейного образца шпона от его высоты и радиуса закругления

(береза, влажность 30%, угол сектора 0,525 рад., образец малой кривизны)