Устройство для ультразвуковой модификации пиломатериалов

Заявленное техническое решение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности может быть использовано для формирования и повышения твердости и плотности поверхности пиломатериалов, таких как доска, обшивочная доска (вагонка), паркет, половая доска, брус с одновременной пропиткой пиломатериала различными пропитывающими защитными, защитно-декоративными и лакокрасочными составами: маслами, составами био- и огнезащиты, грунтовками, антисептиками и другими.
Известно, что механические свойства поверхности древесины изменяются под действием ультразвуковых колебаний. В патенте США 06047751 «Method and apparatus for increasing the hardness and intensity of wood» описано устройство для повышения твердости и плотности круглого бревна. Устройство содержит механизм фиксации обрабатываемого изделия, систему подачи изделия в зону обработки, фильеру, соединенную с одной стороны с трубчатой пресс-формой. К фильере присоединен ультразвуковой излучатель, установленный перпендикулярно направлению подачи изделия. Механизм подачи предусматривает возможность вращательного движения обрабатываемого изделия для снижения трения. Обрабатываемое изделие сначала подается на фильеру и затем поступает в пресс-форму.
Недостатком рассматриваемого устройства являются потери ультразвуковой энергии, обусловленные тем, что ультразвуковые колебания подводятся не напрямую к обрабатываемому изделию, а к фильере.
Известно устройство, приведенное в патенте РФ 2419537 «Устройство для ультразвуковой обработки древесины», содержащее устройство перемещения обрабатываемого изделия, ролики которого закреплены в двух стенках с возможностью вращения, соединенных элементами стяжки, ультразвуковой преобразователь, установленный перпендикулярно роликам и снабженный механизмом перемещения в этом направлении. Торец излучателя ультразвукового преобразователя сформирован двумя поверхностями - горизонтальной и поверхностью, расположенной под острым углом к направлению поступления изделия на обработку, причем величина угла выбрана из условия обеспечения возможности свободного подведения изделия под эту поверхность и возможности его ультразвуковой обработки, а со стороны выхода изделия из зоны обработки в боковых стенках закреплен упор для излучателя, препятствующий его отклонению в сторону выхода изделия из зоны обработки.
Как видно из описания конструкции известного устройства, ультразвуковые колебания в данном случае подводятся непосредственно к обрабатываемому изделию, что решает задачу снижения потерь при обработке. Однако недостатком данного устройства является обработка изделия только с одной стороны, что может приводить к последующей деформации пиломатериала вследствие неравномерного распределения напряжений по его сечению.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому устройству является устройство, приведенное в патенте РФ 130909 «Устройство для ультразвуковой обработки пиломатериалов». Зона обработки устройства содержит два ультразвуковых узла, волноводы которых установлены напротив друг друга на одной оси, что позволяет одновременно формировать, повышать плотность и твердость обоих поверхностей пиломатериала.
Как видно из описания конструкции известного устройства и его работы, устройство обеспечивает равенство внутренних напряжений на двух поверхностях пиломатериала после обработки, что исключает возможность его деформации за счет одновременной ультразвуковой обработки пиломатериала с двух сторон, при этом улучшается качество обработанного пиломатериала. Однако недостатком данного устройства является формирование незащищенной поверхности древесины пиломатериала, которая может быть подвержена воздействию влаги, загрязнений и других факторов, что снижает потребительские свойства изделия.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является создание устройства, обеспечивающего формирование защищенной от воздействия внешних факторов поверхности пиломатериала с повышенной плотностью и твердостью.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемое устройство, так же как и известное, содержит устройство перемещения обрабатываемого изделия, два ультразвуковых узла, волноводы которых установлены на одной оси перпендикулярно направлению перемещения изделия, но в отличие от известного в предлагаемом устройстве введен дополнительный узел подачи пропитывающего состава перед, по крайней мере, одним ультразвуковым узлом, что позволяет производить одновременную ультразвуковую обработку пиломатериала для повышения плотности и твердости его поверхностного слоя и пропитку изделия необходимым пропитывающим составом в ультразвуковом поле.
Достигаемым техническим результатом является улучшение качества обработанного пиломатериала. Улучшение качества обеспечивается за счет одновременной ультразвуковой обработки пиломатериала, которая создает на поверхности пиломатериала слой с повышенными твердостью и плотностью, и обработки его пропиточным составом в ультразвуковом поле, что позволяет создать на поверхности пиломатериала защитный или защитно-декоративный слой. Кроме того, пиломатериал с улучшенными свойствами поверхности и нанесенным защитно-декоративным составом, более прост и удобен в применении для потребителя.
Техническое решение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 приведен вид устройства со стороны входа изделия на обработку, на фиг. 2 - вид сбоку устройства для ультразвуковой модификации пиломатериалов, на фиг. 3 - вид сбоку ультразвукового волновода.
Устройство для ультразвуковой модификации пиломатериалов содержит устройство перемещения обрабатываемого изделия, выполненное в виде роликов 1. Волноводы 2 закреплены в боковых стенках 3 устройства. Боковые стенки стянуты стойками 4. Перпендикулярно направлению движения обрабатываемого пиломатериала установлены ультразвуковые преобразователи 5 с излучающими волноводами 2. Части поверхности 6 излучающих торцов волноводов имеют скос в направлении поступления обрабатываемого изделия в зону обработки, оставшаяся часть поверхностей 7 выполнена параллельно обрабатываемой поверхности изделия. Со стороны входа изделия в зону обработки расположен, по крайней мере, один узел подачи пропитывающего состава 8, который состоит из подающей пропитывающий состав магистрали 9 и блока распределения пропитывающего состава по ширине обрабатываемого изделия 10.
Со стороны выхода изделия из зоны обработки в боковых стенках закреплены упоры 11, препятствующие отклонению волноводов и выполненные в виде роликов. Один из волноводов установлен с возможностью перемещения в направлении перпендикулярном направлению движения обрабатываемого пиломатериала. Возможность перемещения реализована за счет выполнения в боковых стенках пазов 12, вдоль которых могут передвигаться и фиксироваться в необходимом положении ползуны 13 вместе с закрепленными в них волноводами 2, имеющими элементы крепления 14 на боковых поверхностях.
Устройство работает следующим образом. Зона обработки содержит два ультразвуковых узла, волноводы которых установлены напротив друг друга на одной оси, перед, по крайней мере, одним ультразвуковым узлом расположен узел подачи пропитывающего состава, что позволяет одновременно формировать, повышать плотность и твердость обоих поверхностей пиломатериала и осуществлять пропитку в ультразвуковом поле, по крайней мере, одной стороны пиломатериала. Пропитывающий состав подается на поверхность изделия, после чего изделие оказывается в ультразвуковом поле излучающих волноводов. При поступлении пиломатериала в зону обработки он подвергается воздействию мощных ультразвуковых колебаний, вследствие чего происходит модификация поверхности древесины: повышение ее плотности и импрегнирование в нее пропитывающего состава.
Скорость перемещения, мощность воздействия выбираются с учетом известных физических процессов, которые происходят в древесине под действием ультразвуковых колебаний: ультразвуковой модификации древесины и ультразвуковой пропитки. В рассматриваемом примере работы устройства использовалась скорость перемещения изделия до 1 м/с. После обработки плотность поверхностей изделия значительно увеличивается, на, по крайней мере, одной поверхности изделия формируется защитно-декоративный слой.
Одновременная ультразвуковая обработка и пропитка поверхностей изделия необходима для формирования на них защищенного от воздействия внешних факторов слоя с улучшенными механическими характеристиками, что позволит исключить негативное воздействие на обработанную древесину влаги, загрязняющих веществ и т.д. Предложенное техническое решение дает возможность получения пиломатериала с улучшенными свойствами более высокого качества, защищенного от воздействия внешних факторов и улучшенного внешнего вида.
Как видно из описания устройства и его работы, устройство реализует свое назначение - формирование защищенной от воздействия внешних факторов поверхности пиломатериала с повышенной плотностью и твердостью за счет одновременной ультразвуковой обработки и пропитки пиломатериала в ультразвуковом поле, при этом достигается технический результат - улучшение качества обработанного пиломатериала.