Разработка технологии получения строганого шпона из древесины березы с ядровой гнилью (стр. 4 )

  U = 0,918031 – 0,788188*T + 0,001706*? – 0,00396* + 0,385156*T^2 +  (14)

+ 0,00325*T*? – 0,00825*T*+ 0,0000842*?^2 – 0,000063*?* +

+ 0,00018125*^2.

Согласно таблице дисперсионного анализа и карте Парето можно утверждать о значимости одного коэффициента полученной регрессии (14) – толщины строганого шпона T. Квадрат коэффициента множественной корреляции (коэффициент детерминации) показывает, что построенная регрессия объясняет более 87,7365% разброса относительно выборочного среднего зависимой переменной.

Согласно полученной регрессионной модели:

Рис. 4. Графики изменения удельной работа резания от варьируемых факторов:

толщины шпона Т, 10–3 м, углов резания ?, 0.0165 рад. и величины разности радиусов закругления волокон древесины и криволинейного ножа ?, 10–3 м.

Результатом проведенных экспериментальных исследований влияния геометрических параметров криволинейного строганого шпона на степень его выпрямления в ходе гидротермической обработки явилось установление влияние толщины В криволинейного шпона на выходную величину – изменение радиуса изгиба образца шпона ?R при высушивании до абсолютно сухого состояния.

Заготовки для образцов древесины березы проваривали при t = 96 C? в течение 50 минут, после чего получали образцы шпона путем строгания по криволинейной образующей режущего инструмента; на момент изготовления образцы имели влажность W?30% и температуру t = 70-60 C0.

Рис. 5. Условная схема криволинейного образца шпона и заготовки для его получения

После изготовления образцы строганого шпона маркировались (с указанием номинальной толщины и порядкового номера образца) и помещались в сушильный шкаф на 2 часа, после чего выдерживались в комнатных условиях 15-18 часов и измерялись.

Рис. 6. Схема измерений параметров криволинейных однородных заготовок

Радиус криволинейного образа шпона вычисляется по формуле (15), 10–3м:

  ,  (15)

где D – длина хорды дуги образца шпона, 10–3 м; Н – высота дуги образца шпона, 10–3 м.

Длина хорды и высота дуги измеряется штангенциркулем с точностью до 0,1·10–3м, замеры в 3-х точках. Вычисляется средний радиус. Фактическая толщина образца шпона измеряется при помощи микрометра в 3-х точках. Вычисляется средняя толщина.

Вследствие проведения экспериментальных исследований была получена зависимость изменения радиуса изгиба образца строганого шпона ?R·10–3 м при высушивании до абсолютно сухого состояния от толщины В·10–3 м.

Рис. 7. Зависимость изменения радиуса изгиба образцов строганого шпона ?R·10–3 м при высушивании до абсолютно сухого состояния от толщины В·10–3 м

Результаты теоретических и экспериментальных исследований прошли производственную проверку и использованы при получении строганого шпона для фанерования опытной партии дверей в условиях . Ожидаемый экономический эффект при производстве одной двери составляет 0,12 тыс. руб.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлены закономерности изменения величины плотности древесины березы, пораженной ядровой гнилью, по радиусу лесоматериала в комле. Повышение точности математических моделей описания изменения величины плотности возможно при применении кусочной аллометрии (сплайн-функции), при этом описание необходимо разделять на зоны здоровых и пораженных участков.

2. На основании результатов морфологических исследований разработаны новые способы раскроя древесины, пораженной ядровой гнилью, защищенные патентами РФ № 000, № 000, № 000, № 000, №  2301145, № 000.

3. Для упрощения расчета величины объемного выхода и геометрических характеристик строганого шпона возможно представление величины смещения оси гнили от оси лесоматериала лишь на одной координатной оси по варианту совпадения одной из координатных осей и оси пораженного слоя лесоматериала.

4. Определены зависимости влияния геометрических параметров криволинейных образцов шпона на величины усилий и напряжений, возникающих в растягивающихся и сжимающихся слоях при их выпрямлении. Наибольшее влияние на величину напряжений оказывает величина высоты образца шпона h, изменение высоты в пределах 0,7·10–3-10,5·10–3м вызывает изменение величины напряжений растяжения в пределах 2,49·Н·10–1/10–4 -35,7·Н·10–1/10–4 м.

5. Определяющим параметром выпрямления криволинейных образцов шпона является их влажность, изменение величины влажности в пределах 6-28%, позволяет добиться изменений величин напряжений, возникающих в растягивающих и сжимающих слоях, в 6,5 раз.

6. Установлены взаимодействия геометрических характеристик круглых лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью, и вариантов раскроя по новым технологиям с величиной объемного выхода строганого шпона. Согласно экспериментальным и теоретическим исследованиям, применение новых способов раскроя древесины, пораженных ядровой гнилью, позволит добиться величины объемного выхода в пределах 77-78%.

7. Проведены экспериментальные исследования процесса строгания по криволинейной образующей режущего инструмента, согласно полученной регрессионной зависимости наибольшее влияние на величину удельной работы резания оказывает величина толщины строганого шпона. 

8. Выполнены экспериментальные исследования процесса выпрямления строганого шпона в ходе гидротермической обработки (сушки), согласно которым происходит полное выпрямление образцов криволинейного строганого шпона, имеющих толщины в пределах до 1,6·10–3м, при этом частичное выпрямление образцов происходит непосредственно после их получения. Образцы в пределах 1,6·10–3-2,0·10–3 м не изменяют своего радиуса кривизны либо изменяют его незначительно.

Основные обозначения:

, – плотность пораженной гнилью и здоровой частей исследуемого предмета труда соответственно, кг/м3; , – начальная плотность пораженной гнилью и здоровой частей исследуемого участка керна соответственно, кг/м3; aП, аЗ, bП, bЗ – константы начального состояния и равновесия пораженной гнилью и здоровой частей исследуемого предмета труда соответственно; LП, LЗ – расстояние по радиусу от оси исследуемого образца пораженного и здорового частей исследуемого предмета труда соответственно, м; hшпона – толщина шпона, м; dл – диаметр лесоматериала, м; dгн – диаметр гнили, м; ?кi – припуск на удаление коры, м; ?Ri – припуск на удаление гнили, м; n – количество листов шпона; – толщина шпона (первая и четвертая четверти);– толщина шпона (первая и четвертая четверти); Р– площадь поперечного сечения, м2; L– длина образца, м; Ri – внешний радиус криволинейного образца шпона, м; Li – длина образца шпона, м; N – количество секторов, на которые будет раскраиваться лесоматериал;

обозначения для модели расчета объема полезного выхода: V, 10–6 м: D – диаметр лесоматериала в торце, 10–2 м; S – величина смещения оси гнили относительно оси лесоматериала, 10–2 м; N – сбег, 10–2 м; R – радиус кривизны криволинейного образца шпона, м; М – изгибающий момент, Нм; Е –модуль упругости, МПа; J – момент инерции сечения, м4, равный ; b – ширина образца шпона, м; h – высота, м; G – модуль сдвига, Н·10–1/10–4м; F – площадь поперечного сечения образца шпона, 10–4 м2; К – коэффициент, равный для образцов прямоугольного сечения; – расстояние от оси криволинейного образца шпона до нейтрального слоя, м; – расстояния от внутреннего слоя до нейтральной линии, м; – расстояния от внутреннего слоя до нейтральной линии, м; R1 – радиус кривизны до внутреннего слоя, м;

обозначения для модели расчета усилия, необходимого для выпрямления криволинейных образцов шпона: H – высота образца шпона, 10–2 м; R – радиус кривизны, 10–2 м; – угол сектора криволинейного образца шпона, 0,0175 рад.;

обозначения для модели определения удельной работы резания при строгании по криволинейной образующей режущего инструмента: Т – толщина строганого шпона, 10–3 м; ? – величины разности радиусов закругления волокон древесины и криволинейного ножа, 10–3м; – угол резания, 0,0175 рад.; U – удельная работа резания,10^–7 Дж/м?.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах, в т. ч. по перечню ВАК

1. Торопов, плотности древесины березы, пораженной сердцевинной гнилью [Текст] / , // Изв. вузов. Лесн. журн. – 2006. – №6. – С. 34-43.

2. Пат. 2237573 Российская Федерация МПК7 В 27 В 1/00. Способ раскроя круглых лесоматериалов, имеющих сердцевинную гниль [Текст] / , ; заявитель и патентообладатель Марийск. гос. техн. ун-т. – № 000/12 ; заявл. 06.02.2003 ; опубл. 10.10.2004, Бюл. № 28. – 1 с.

3. Торопов, технологии получения однородной пилопродукции из древесины, пораженной сердцевинной гнилью [Текст] / , , // Материалы науч.-техн. конф. МарГТУ в 2004 году / под ред. . – Йошкар-Ола: Марийск. гос. техн. ун-т., 2004. – С. 113-114.

4. Шарапов, физико-механических свойств березы, пораженной сердцевинной гнилью [Текст] / , // Материалы науч.-техн. конф. МарГТУ в 2004 году / под ред. . – Йошкар-Ола: Марийск. гос. техн. ун-т., 2004. – С. 115-116.

5. Методика исследований физико-механических свойств древесины, пораженной сердцевинной гнилью [Текст] / , , // Материалы науч.-техн. конф. МарГТУ в 2004 году / под ред. . – Йошкар-Ола: Марийск. гос. техн. ун-т., 2004. – С. 119-120.

6. Торопов, экспериментальных исследований процесса получения однородной продукции из криволинейных заготовок путем распаривания и гнутья [Текст] / , // Материалы науч.-техн. конф. МарГТУ в 2004 году / под ред. . – Йошкар-Ола: Марийск. гос. техн. ун-т., 2004. – С. 121-122.

7. Новые технологии рационального раскроя комлевой части хлыстов с ядровой гнилью [Текст] / , , и др. // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Материалы междунар. научн.-техн. конф. / Под. ред. . – Вологда: Вологод. гос. техн. ун-т., 2005. – С. 54-56.

8. Пат. 2252135 Российская Федерация МПК7 В 27 В 1/00. Способ раскроя круглых лесоматериалов, имеющих сердцевинную гниль [Текст] / , , ; заявитель и патентообладатель Марийск. гос. техн. ун-т. – № 000/02 ; заявл. 01.03.2004 ; опубл. 20.05.2005, Бюл. № 14. – 1 с.

9. Пат. 2281198 Российская Федерация МПК7 В 27 В 1/00. Способ раскроя круглых лесоматериалов, имеющих сердцевинную гниль [Текст] / , , ; заявитель и патентообладатель Марийск. гос. техн. ун-т. – № 000/03 ; заявл. 11.02.2005 ; опубл. 10.08.2006, Бюл. № 22. – 2 с.

10. Пат. 2283218 Российская Федерация МПК7 В 27 В 1/00. Способ раскроя круглых лесоматериалов, имеющих сердцевинную гниль [Текст] / , , ; заявитель и патентообладатель Марийск. гос. техн. ун-т. – № 000/02 ; заявл. 31.12.2004 ; опубл. 10.09.2006, Бюл. № 30. – 1 с.

11. Торопов, технологии получения однородных заготовок из березы, пораженной сердцевинной гнилью [Текст] / , // Актуальные проблемы лесного комплекса: сб. научных трудов по итогам междунар. науч.-техн. конф. / под. ред. . – Брянск: Брянск. гос. инж.-техн. акад., 2006. – Вып. 14. – С. 164-167.

12. Торопов, метод исследований технологий использования древесины [Текст] / , // Гражданское общество: идеи, реальность, перспективы: материалы межрегион. науч.-практ. конф. в 2 ч.: ч. 2 / под. ред. . – Казань: Изд. «Таглимат» Инст. эконом., управ. и права, 2006. – С. 215-216.

13. Пат. 2301145 Российская Федерация МПК7 В 27 В 1/00. Способ раскроя круглых лесоматериалов, имеющих сердцевинную гниль [Текст] / , , ; заявитель и патентообладатель Марийск. гос. техн. ун-т. – № 000/03 ; заявл. 06.09.2005 ; опубл. 20.06.2007, Бюл. № 17. – 1 с.

14. Пат. 2304040 Российская Федерация МПК7 В 27 В 1/00. Способ раскроя круглых лесоматериалов, имеющих сердцевинную гниль [Текст] / , , ; заявитель и патентообладатель Марийск. гос. техн. ун-т. – № 000/03 ; заявл. 01.11.2006 ; опубл. 08.10.2007, Бюл. № 22. – 1 с.

15. Обоснование ресурсосберегающих технологий лесопромышленного комплекса, адаптированного к природным условиям Пермского края, с минимизацией затрат на лесовосстановление [Текст]: отчет о НИР (заключ.) / М-во пром-сти и природных ресурсов  Пермского края ; науч. рук. д. т.н. ; рук. раздела ; исполн.: [и др.]. – Йошкар-Ола, 2007. – 180 с.: ил. – Библиогр.: с. 180. – Инв. № 000-01.29.