Теоретическая оценка радиальности пиломатериалов при секторном способе раскроя

УДК674.093.6-413.82 Ст. препод. Н.Г. Лукьянова1; доц. П.Н. Рыбицкий1,

канд. техн. наук; доц. О. Б. Фэрэнц2, канд. техн. наук;

мл. научн. сотрудн. А.О. Фэрэнц2

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАДИАЛЬНОСТИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ ПРИ СЕКТОРНОМ СПОСОБЕ РАСКРОЯ

Рассмотрен секторный способ раскроя. Проанализирована радиальность пиломатериалов, полученных при секторном способе раскроя. Построена графическая модель раскроя с указанием углов наклона годичных слоев к пласти доски.

Жилая деревянная архитектура Русского Севера гармонична и целостна. Для нее характерны: крупные размеры, высота, стройность и пропорциональность срубов, скульптурность некоторых архитектурных деталей. Несмотря на общность архитектурно-композиционных приемов, каждый дом на Севере был индивидуален. Индивидуальность, помимо прочего, выражалась в декоративно-художественном решении внешнего облика дома. На переднем фасаде дома основными декоративными элементами были "охлупень", "причелины", "полотенца" и наличники. Помимо декоративной функции, каждый из этих элементов выполнял и сугубо утилитарную задачу. "Охлупень" - выдолбленное снизу бревно, закрывавшее стык тесин, покрывавших крышу. Комлевой конец охлупня декоративно завершался головой коня или птицы. "Причелины" - резные доски, прикрывавшие торцы слег (горизонтальных бревн основания кровли при "самцовых" фронтонах) от воздействия окружающей среды. Стык между причелинами закрывала вертикальная резная доска - "полотенце". Наличники прикрывали от внешних воздействий стык оконной рамы, дверной коробки и сруба дома.

Выполняя защитную функцию, декоративные элементы должны были быть устойчивыми к внешним воздействиям (снег, дождь, ветер). Обеспечивалось это подбором материала (сосна, ель, лиственница), способом его раскроя и видом получаемого сечения. В большинстве случаев в строительстве и декоре избы использовались рубленые и тесаные топором материалы, ввиду их большей долговечности в сравнении с пилеными. Сечение материала в этом случае получалось радиальным или полурадиальным.

В результате анализа сечений древесины (радиального, тангенциального), отмечено, что использование радиального распила в большей степени подходит для выполнения вышеперечисленных декоративных элементов. Объясняется это тем, что при радиальном сечении расстояние между годичными слоями на пласти материала минимально, а, следовательно, зона ранней древесины меньше подвержена внешним воздействиям. Также они практически не подвергаются деформации в процессе сушки и дальнейшей эксплуатации, и обладают высокой износостойкостью. Кроме того, при строго тангенциальном направлении волокон в процессе эксплуатации могут появляться дефекты в виде отслоения Ц-образной части годичного слоя, вследствие слишком малой его толщины. При тангенциальном раскрое доски имеют более высокие коэффициенты усушки и разбухания, более подвержены короблению.

1 Северный (Арктический) федеральный университет;

2 НЛТУ Украины, г. Львов

Таким образом, проводя реставрационные работы наружных элементов декора памятников деревянного зодчества, преимущественно использовать пиломатериалы радиального или полурадиального сечения. Угол наклона годовых колец к пласти в доске радиального раскроя составляет 90-60°, у доски полурадиального раскроя - 60-45°.

Поскольку выход досок радиального сечения в стандартных способах раскроя составляет 10-15 % от общего объема материала, стоимость их довольно высока. Получение таких досок требует использования специальных способов раскроя, основными с которых являются: секторный, сегментный, развально-сегментный, развально-секторный, развально-брусовый [1].

Для анализа был выбран секторный способ раскроя. При использовании этого способа бревно распиливается на четыре симметричных сектора по сечению. Эта операция может быть произведена на ленточнопильном или круглопильном оборудовании в зависимости от диаметра распиливаемого бревна. На втором проходе полученные сектора распиливаются под углом в 45° к плоскости первого пропила на многопильном оборудовании. Из-за сложностей с позиционированием сектора предпочтительно использование многопильных круглопильных станков. Достоинства способа: технология позволяет реализовывать поточную автоматизацию; последний распил имеет направление, наиболее совпадающее с радиусом бревна, что дает геометрическое обоснование получению досок радиального распила; деление сечения бревна на четыре части уменьшает габаритный размер части сечения бревна вдвое от начального размера, что дает возможность использовать большие сечения бревен на том же оборудовании. Недостатки способа: сложное базирование на последнем проходе; двойной первый проход.

Графическая модель секторного способа раскроя с указанием углов наклона годичных слоев к пласти доски по внутренней и наружной поверхности от сердцевины к периферии бревна с шагом 3-годичных слоев представлено на рис. 1. Для этой модели принято: диаметр бревна равен 32 см, ширина годичного слоя - 3 мм, ширина пропила - 2,9 мм, толщина досок -26,2 мм, доска обрезная по двум кромкам.

Распределение углов наклона годичных слоев в центральной и боковых досках при секторном способе раскроя показано на графиках (рис. 2). Аналитические выражения по оценке углов наклона годичных слоев к пласти доски представлены в табл.

При секторном способе раскроя наружная и внутренняя пласти доски 1 имеют одинаковую текстуру, с углом радиальности более 62°. Внутренняя пласть доски 2 имеет аналогичную текстуру, угол радиальности превышает 69°. Угол радиальности наружной пласти доски 2 на расстоянии до 18 мм от внутренней кромки меняется от 52° до 60°, что соответствует полурадиальному сечению. На последующих 83 мм ширины пласти угол радиальности повышается до 75°.

Доска 3 по внутренней пласти имеет радиальность более 60°. По наружной пласти до расстояния 35 мм от внутренней пропильной кромки бревна к периферии радиальность находится в пределах от 50° до 60°, на последующих 20 мм пласти радиальность увеличивается до 64°.

Радиальность доски 4 по внутренней и наружной пласти находится в пределах от 47° до 57°, что соответствует полурадиальному сечению. Эти доски являются боковыми досками сектора и характеризуются небольшой шириной пласти. В целях оптимизации использования сырья, рекомендуется не формировать внутреннюю кромку доски, а имеющуюся пропиленную под углом п/4 кромку, использовать для склеивания материала по ширине, что позволит увеличивать его линейные размеры.

Рис. 1. Секторный способ раскроя бревна

Табл. Аналитические выражения по оценке углов наклона годичных слоев к

пласти доски

№ Номер доски Пласть Уравнение Величина достоверности аппроксимации

1 1 наружная у = 0,00003-х3 - 0,0086х2 + 0,7564-х + 61,654 Я2 = 0,9849

внутренняя

2 2 наружная у = -0,0016-х2 + 0,3858-х + 52,811 Я2 = 0,9897

внутренняя у = -0,0015-х2 + 0,2919-х + 69,249 Я2 = 0,99

3 3 наружная у = 0,2589-х + 50,032 Я2 = 0,976

внутренняя у = 0,21-х + 59,181 Я2 = 0,9901

4 4 наружная у = 0,2224-х + 47,424 Я2 = 1

5 внутренняя у = 0,0647-х + 56,893 Я2 = 1

90

40 - i , i i , . . . . ; , i ; I 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Расстояние от пропиленной кромки (ближней к центру бревна), мм

Рис. 2. Распределение углов наклона годичных слоев к пласти доски при секторном способе распила: 1- центральная доска 1 наружная и внутренняя пласти;

2 - боковая доска 2 наружная пласть; 3 - боковая доска 2 внутренняя пласть;

4 - боковая доска 3 наружная пласть; 5 - боковая доска 3 внутренняя пласть;

6 - боковая доска 4 наружная пласть; 7 - боковая доска 4 внутренняя пласть

Аналогично с развально-секторным способом раскроя [1], выход радиальных пиломатериалов при секторном способе раскроя составляет 93 % от объемного выхода пиломатериалов. Опытный раскрой реальных бревна в производственных условиях подтвердил полученные результаты.

Литература

1. Клишова В.С. Теоретическая оценка радиальности пиломатериалов при развально-секторном способе раскроя / В.С. Клишова, Н.Г. Лукьянова, П.Н. Рыбицкий, О.Б. Ференц // Проблемы развития дизайна и композиции художественных изделий : матер. Междунар. на-уч.-техн. конф. (Архангельск, 18-21 мая 2010) / под ред. П.Н. Рыбицкого. - Архангельск : Изд-во Северного (Арктический) федерального ун-тета, 2010. - 163 с. - С. 23-28.

Лук'янова Н.Г., Рибщький П.Н., Ференц О.Б., Ференц А.О. Теоретична оцшка радiальностi пиломатерiалiв при секторному cnoco6i розкрою

Розглянуто секторний споаб розкрою. Проаналiзована радiальнiсть пиломате-рiалiв, отриманих при секторному способi розкрою. Побудована графiчна модель розкрою з вказiвкою купв нахилу рiчних шарiв до пласт дошки.

Lukyanova N.G., Rybitskiy P.N., Ferents O.B., Ferents А.О. Theoretical estimation of lumber radiality at the sector way of cutting

The sector way of cutting is considered. Radiality of the saw-timbers is analysed. Theoretical estimation of lumber radiality at the sector way of cutting.

УДК 634.0.812 Асист. Л.О. Флуд -НЛТУ Укршни, м. Львiв

ПОБУДОВА КРИТЕР1Ю ТРИВАЛО1 МЩНОСТ1 ДЛЯ ДЕРЕВИНИ

Узагальнено критерш короткочасно'1 мщносп Е.К. Ашкеназi на довгочасну мщшсть. Розроблено методику визначення тензора довгочасно'1 мщносп ортотроп-них матерiалiв. На п основi встановлено функщональш залежносп для обчислення значень його компоненпв тензора довгочасно'1 мщносп деревини.