СОЕДИНЕНИЕ ПО ДЛИНЕ ТОРЦЕВЫХ ОТРЕЗКОВ БРЕВЕН И БРУСЬЕВ

Предложение относится к деревообработке и строительству, в частности - к промышленному деревянному домостроению с использованием бревен (в том числе и оцилиндрованных) и брусьев. Порядок изготовления брусовых и бревенчатых домов подробно изложен в [Крейндлин Л.Н. Столярные, плотничные и паркетные работы. М., Высшая школа, 1989, Глава X1], где подробно описан процесс изготовления деревянного дома, в т.ч. и способы стыковки бревен и брусьев по длине.
Для деревянного домостроения используются стандартные бревна и брусья длиной 6 м. Однако номенклатура деталей дома по длине достаточно широка - от 2 до 10 и более м. В производственных условиях при расторцовке бревен и брусьев на детали образуется значительное количество торцовых отрезков длиной 1-1,5 м, не используемых при дальнейшем изготовлении элементов домов и идущих, как правило, на дрова, что экономически и экологически нецелесообразно. На настоящий момент отсутствуют технологии рационального использования таких отрезков для домостроения.
Существует ряд видов технологии соединения деталей из древесины по длине (сращивание) [Прохоров В.А. Оборудование для клеильно-сборочных работ. М., Лесн. пром-сть, 1966, с. 66-69]: торцовое, на «ус», ступенчатое и зубчатое - ближайший аналог.
Наиболее прочным является клеевое соединение на зубчатый клиновой шип, применяемое для сращивания брусков окон, дверей и других строительных элементов. Сращиванию по длине на зубчатый шип рекомендуются пиломатериалы в диапазоне толщин 19-85 мм. Это объясняется технологичностью такого соединения, относительно небольшими потерями древесины при зарезке зубчатых шипов, удобством механизации и автоматизации процесса сращивания. В среднем прочность таких брусков составляет: при растяжении вдоль волокон 45-60%, при статическом изгибе 55-70%, при сжатии вдоль волокон 80-95% по сравнению с прочностью брусков из здоровой цельной древесины.
Известно, что детали из древесины, стыкованные на зубчатый шип, применяют в основном в изделиях, не несущих значительной силовой нагрузки на растяжение и изгиб. Для бревен и брусьев для домостроения, погрузка, транспортировка и монтаж которых осуществляется с помощью крана, такой вид соединения даже на длинные шипы (35-50 мм) оказывается недостаточно прочным, что приводит к его разрушению, особенно если шиповое соединение приходится на зону ближе к середине длины бревна или бруса.
Как следует из анализа состояния вопроса, в деревообработке нет технологий сращивания по длине бревен и брусьев размерами в сечении по толщине более 150 мм, применяемых в деревянном домостроении.
В качестве аналога принято соединение по длине, содержащее на торцах отрезков состыкованные поверхности в виде зубчатого шипового соединения, выполненные с возможностью их стыковки на клею с последующей осевой опрессовкой.
Задачей предложенного решения является повышение прочности зубчатого шипового соединения по длине торцовых отрезков и усиления его несущей силовой способности, за счет дополнительной их стяжки при сборке соединения в осевом направлении с помощью металлической шпильки с тарированной пружиной сжатия.
Известно устройство под названием «Пружинный болт» [www.springbolt.ru], предназначенное для стягивания между собой бревен смежных венцов, превращая стену дома в единую систему за счет использования усилия пружины для компенсации щелей вследствие усадки дома из-за усушки бревен - ближайший аналог. Однако для целей соединения отрезков бревен по длине такое устройство не подходит по следующим причинам. Крепежным элементом устройства является глухарь - длинный шуруп с шестигранной головкой. Во-первых, ввертывая глухарь по оси бревна, мы попадаем в сердцевину дерева, обладающую рыхлой структурой, неспособной воспринимать нагрузку «на выдергивание шурупов». Во вторых, чтобы вставить глухарь в полость отрезка бревна, эту полость необходимо выполнить значительных размеров, поскольку длина глухаря для наших целей составляет не менее 280 мм, а это заметно ослабит конструкцию соединения.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в соединении по длине отрезков бревен и брусьев для деталей домостроения, включающем создание на торцах соединяемых отрезков стыковочных поверхностей в виде зубчатого шипового соединения с последующей их стыковкой на клею, внутри стыкуемых отрезков по их оси сформированы продольные полости, сообщающиеся центральным отверстием, в которые вставлены шпилька, на одном конце которой между двумя шайбами установлена тарированная пружина сжатия, запертая гайкой, а на другом - шайба с гайкой.
На фиг. 1 представлена конструкция соединения. По каждому торцу сращиваемых отрезков бревен 1 и 2 выполнены вертикальные зубчатые клиновые шипы 3, смещенные относительно друг друга на половину шага зубчатого соединения с последующим нанесением на них клея. В каждом из отрезков бревен со стороны шипового соединения выполнены полости: в одном - узкая полость 4, в другом - широкая полость 5, а также осевое отверстие 6. В отверстие 6 вставляется шпилька 7. В узкую полость 4 закладывается шайба 8 с большой опорной поверхностью для исключения скалывания древесины вдоль волокон и на шпильку 8 навинчивается гайка 9. Далее отрезки бревна сжимаются торцами. В полость 5 на противоположный конец шпильки насаживается тарированная пружина сжатия 10, установленная между двумя шайбами 11 и запирается гайкой 12.
Соединение работает следующим образом. При навертывании на шпильку 8 гайки 11 с каждым ее оборотом пружина 10 плавно деформируется, сжимая между собой отрезки бревен. Через усадку пружины по графику ее жесткости задается в рекомендуемых пределах усилие прессования в клеевом стыке отрезков бревен. В последующем соединение шпилькой будет обеспечивать наряду с зубчатым клиновым соединением дополнительное сопротивление сращенного бревна нагрузке на изгиб и растяжение.
Все металлические элементы соединения выполняются для исключения ржавления оцинкованными, а выбранные в бревнах полости после полимеризации клея заполняются контрастным герметиком, предупреждающим рабочих о невозможности обработки бревна режущим инструментом в этой зоне.
Таким образом, заявляемое решение позволяет соединять по длине отрезки бревен и брусьев толщиной 150 мм и более при повышении прочности соединения на изгиб и растяжение.