Исследование влияния влажности и температуры на степень уплотнения древесины в замкнутом пространстве

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА СТЕПЕНЬ УПЛОТНЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ В ЗАМКНУТОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Спицын И.Н., Вишуренко Н.В., Корчма И.С.

In article results of research of consolidation of wood of a pine of a various hydrothermal condition in the closed space are presented.

Так как большую часть года в Сибири преобладают отрицательные температуры, то оборудование лесопильных цехов должно быть ориентировано на распиловку мерзлой древесины.

Пиление мерзлой древесины на лесопильных станках сопряжено с рядом особенностей, которые вызываются изменением физико-механических свойств древесины в условиях отрицательных температур, изменением процесса деформирования и стружкообразования и т. д.

Пиление оказывается возможным только тогда, когда измельчаемая зубьями древесина удаляется из зоны резания. Поэтому при пилении очень важно, чтобы объем впадины зуба обеспечил вмещение срезаемых стружек и легкое их удаление при выходе из пропила, т. е. должно выполнятся соотношение: объем уплотненной стружки должен быть не больше допустимого для заполнения впадины.

Степень уплотнения стружки во впадине между зубьями пилы (как и коэффициент уплотнения) зависит от плотности древесины и ее гидротермического состояния. Опытные распиловки талой древесины показывают, что объем уплотненной во впадине между зубьями древесины в 1,5 - 2 раза меньше номинального объема срезанной стружки, поскольку напряжения сжатия, возникающие при срезании стружки, достаточны для деформации клеток и вытеснения из них капиллярной (свободной) влаги через поры древесины. Номинальный объем стружки уменьшается на величину объема пор, свободных от капиллярной влаги.

В данных исследованиях проведена аналогия уплотнения стружки во впадине и уплотнения деревянного образца в замкнутом пространстве. Поэтому коэффициент уплотнения стружки во впадине и образца в замкнутом пространстве определяется по формуле

а =Vc(ym л m

иупл V '

где Усупп) - объем срезанного слоя, уплотненного во впадине, или конечный объем образца; Vc - объем срезаемого слоя или начальный объем образца.

При распиловке мерзлой древесины ледяные включения не могут быть вытеснены из полостей клеток. Следовательно, объем стружки уменьшается только на объем пор, свободных от кристаллов льда.

Имеющаяся в литературных источниках информация о деформации стружки в случаях распиловки ленточными пилами древесины сосны недостаточна. Приводятся приблизительные цифры о значениях коэффициента уплотнения аупл.

Поэтому нами была поставлена задача экспериментального определения значений коэффициента аупл. для древесины сосны при положительных и отрицательных температурах, с целью проверки и уточнения уже имеющихся данных.

В данной работе были проведены исследования влияния влажности и температуры на степень уплотнения древесины в замкнутом пространстве.

При продольном пилении древесины главные режущие кромки зубьев отрывают волокна от стенок пропила, разрушают перпендикулярно их длине и сжимают поперек волокон. Поэтому были проведены исследования сжатия древесины именно поперек волокон.

Из брусков для эксперимента были получены цилиндрические образцы таким образом, чтобы дальнейшие испытания на сжатие происходили в направлении поперек волокон. Образцы имели следующие размеры: диаметр 20 мм; высота 25 мм.

Образцы закладывались в морозильник - ларь с микропроцессорным блоком управления, со световым и звуковыми сигналами «Бирюса 280» Температура в камере поддерживалась с помощью электронного блока управления. Погрешность температуры в рабочем объеме камеры + 1 0С от заданной.

Для эксперимента были выбраны шесть температур: «-350С», «-250С», «-150С», «-50С», «00С», «+50С».

Для проведения эксперимента было изготовлено специальное опытное приспособление. Стальная обойма, куда закладывался образец, теплоизолирована. Это сделано для того, чтобы снизить до минимума теплопоглащение охлажденного до определенной температуры образца. Приспособление выполнено таким образом, чтобы уплотнение происходило в замкнутом пространстве.

Перед экспериментом образцы взвешивались на электронных весах марки

- II. Погрешность измерения ± 0,05 гр. Взвешивание образцов непосредственно перед экспериментом производилось для того, чтобы в дальнейшем знать влажность образца в момент проведения испытаний.

Непосредственно эксперимент выполнялся на разрывной машине Р-5. Образец древесины, находящийся в стальной обойме. Самопишущий прибор, установленный на лицевой панели шкафа, использовался для получения кривых «нагрузка - деформация».

После испытаний образец вынимался из обоймы, и измерялась его высота. Далее при помощи формулы 1 находились значения коэффициента.

Испытанные образцы высушивались до абсолютно сухого состояния, и весовым способом находилась влажность образцов в момент испытаний.

По полученным данным влажности и коэффициента уплотнения был построен график. График изображен на рисунке 1

= флажное: Влажно фЬ :тьЗС 801> >-49 ) % о, 0, 0, 0, 0, 850 800 750 700 650

8 лажно( :т Ы4% — — 0, о" о, 0, о, 600 550 500 450 400

40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10

Температура, ^ °С

Рисунок 1 - Влияние влажности и температуры на коэффициент уплотнения

Из анализа графика видно:

1 У образцов, с влажностью 14%, коэффициент уплотнения остается практически неизменным на всех температурах. Это объясняется тем, что у образцов отсутствует свободная влага в полостях клеток.

2 У образцов с влажностью в диапазоне от 30% до 49% с повышением температуры от минус 350С до минус 250С коэффициент уплотнения практически не изменятся. С дальнейшим повышением температуры коэффициент снижается, а с повышением температуры с минус

50С

до плюс 50С коэффициент уплотнения

практически не изменяется.

3 У образцов с влажностью диапазоне от 50% до 80% наблюдается такая же ситуация, как и в диапазоне влажности от 30% до 49%, с той лишь разницей, что в диапазоне 50 - 80% численное значение коэффициента больше, а характер зависимости схож с диапазоном 30 - 49%.

4 Сравнивая все графики видно, что с повышением влажности древесины, значение коэффициента уплотнения возрастает. У древесины с влажностью выше предела гигроскопичности характер изменения коэффициента уплотнения схож, только с повышением влажности численное значение коэффициента растет. Это объясняется большим количеством свободной влаги в полостях клеток у образцов с большим значением влажности, и соответственно при отрицательных температурах эта влага превращается в лед, создавая тем самым дополнительное сопротивление при восприятии нагрузки.