Напряжение в древесине как снимать

Снимаем внутренние напряжения в древесине

Сушильные камеры

Как мы уже писали в прошлых номерах, многие интересные идеи, которые были высказаны на конференции «Сушка древесины» в 1975 году, нашли свое применение только сегодня. С наиболее интересными предложениями, озвученными на этой конференции, мы знакомим наших читателей на страницах ЛПИ при поддержке российской компании − производителя сушильных камер «Вакуум-Плюс». В предыдущем журнале № 5 (36) говорилось о перспективах повышения производительности камер путем совершенствования технологии сушки. В текущем номере речь пойдет о такой проблеме, как возникающие в процессе сушки внутренние напряжения в древесине и методах их контроля. Автор тезисов − Б. Н. Уголев, д.т.н., профессор МГУЛ.

Напряженно-деформированное состояние древесины при сушке было предметом исследований очень многих специалистов. Как известно, при стабильных параметрах окружающей среды в начале процесса сушки растягивающие напряжения в поверхностных зонах материала возрастают, достигают максимума, затем уменьшаются до нуля, а далее появляются так называемые «сжимающие напряжения». Одновременно по мере снижения влажности древесины возрастает ее прочность. Зная об этих свойствах древесины, можно плавно или ступенчато ужесточать режим сушки для сокращения продолжительности данного процесса.

Стандартизованные режимы сушки, разработанные МЛТИ (ныне МГУЛ. − прим. ред.) предусматривают трехступенчатое изменение состояния сушильного агента.

Режимы эти координированы по средней влажности материала − показателю, который сравнительно легко контролировать. Но между средней влажностью доски и возникшими в ней напряжениями нет достаточно тесной связи. Поэтому дополнительно, особенно при сушке толстых пиломатериалов из древесины трудносохнущих пород, характер напряженного состояния пиломатериалов оценивают по периодически вырезаемым силовым секциям. Однако такой метод контроля трудоемок и дает представление лишь о примерной величине напряжений.

В 60‑х гг. специалисты МЛТИ предложили вести непрерывный контроль за напряженным состоянием материала по дифференциальной усадке (то есть перепаду усадки), измеряемой в краевых и центральной точках кромки доски. В МЛТИ был проведен целый комплекс теоретических и экспериментальных исследований, связанных с разработкой этого метода.

Для установления количественных связей между дифференциальной усадкой и напряжениями в пиломатериалах был использован «метод конечных элементов». Расчеты плоского напряженного и деформированного состояния пиломатериалов, выполненные данным методом на компьютере, позволили учесть такие важные особенности древесины, как эффект «перерождения» деформаций, увеличение жесткости при разгрузке (из-за исключения остаточных деформаций) и др. Мы получили эпюры нормальных и касательных напряжений по ширине и толщине доски по время сушки в стадии роста напряжений и при последующем их снижении (разгрузке). На стадии разгрузки растягивающие напряжения у самой поверхности доски оказываются меньшими, чем на некотором удалении от нее. При такой эпюре напряжений зубцы силовых секций загибаются внутрь или остаются прямыми, что приводит к ошибочным заключениям о наличии сжимающих напряжений или об их отсутствии.

В результате проведенного анализа мы удостоверились, что дифференциальная усадка была верно выбрана в качестве контролируемого параметра. Доказать это несложно.

Зависимость дифференциальной усадки от времени имеет характерную точку максимума, в области которой напряжения интенсивно снижаются. Величина дифференциальной усадки не зависит от ширины материала. Ее можно измерить датчиками сравнительно невысокого класса точности. Контролируя дифференциальную усадку, можно определить подходящий момент перехода на более жесткую ступень режима сушки, не измеряя заранее начальную влажность материала.

Для различных материалов мы установили переходные значения дифференциальной усадки при использовании стандартных режимов сушки пиломатериалов в камерах периодического действия. При этом учли соотношения между возрастающими при ужесточении режима напряжениями и прочностью материала при данной влажности.

Подтвердили целесообразность применения трехступенчатых режимов для сушки хвойных (еловых, сосновых) пиломатериалов толщиной 40 мм и более. Для таких пиломатериалов при регулировании процессов по величине дифференциальной усадки необходимо зафиксировать момент достижения максимума, и после снижения этой величины на 5% перейти с первой на вторую ступень стандартного режима сушки.

На втором этапе сушки происходит новый рост величины дифференциальной усадки, а затем − ее спад. В этот момент, когда приращение дифференциальной усадки окажется равным нулю, следует перейти на третью ступень режима сушки. Анализирующая аппаратура должна воспринимать сигналы от отдельных датчиков о двух критических точках функции дифференциальной усадки по времени.

При сушке тонких пиломатериалов толщиной 25 мм и менее достаточно зафиксировать одну критическую точку, соответствующую снижению дифференциальной усадки от максимального значения на 25% при форсированном режиме и на 20% − при нормальном режиме сушки. После того как эти значения будут достигнуты, можно сразу переходить на третью, последнюю ступень режима сушки. Таким образом, при сушке тонких пиломатериалов двухступенчатые режимы более эффективны и удобны.

Для дистанционного контроля дифференциальной усадки было разработано несколько конструкций датчиков, а это сделать было непросто.

Проблема в том, что измерительный узел датчика крепится на усыхающем и коробящемся материале, а при эксплуатации датчик находится в среде с повышенной температурой и влажностью, может подвергаться сотрясениям при транспортировке штабеля и т.д. В итоге все же появились датчики, в которых эти проблемы были решены. В качестве чувствительного элемента в них использован индуктивный преобразователь перемещений. Вторичная аппаратура включает приборы ИД-2И и самопишущий потенциометр.

Одна из наиболее совершенных конструкций датчика отличается от прежних типов большей устойчивостью, меньшими габаритами, возможностью крепления в прикромочной области доски, находящейся в штабеле. Для датчика предусмотрен специализированный электрический преобразователь с унифицированным выходным сигналом.

Источник

Влажность древесины

Внутренние напряжения, растрескивание и коробление древесины.

Высыхание древесины происходит таким образом, что в прилегающих к поверхностям сортимента зонах влажность значительно меньше, чем во внутренних зонах. В этом основная причина возникновения внутренних напряжений. Внутренние напряжения образуются без участия внешних нагрузок в результате лишь неоднородных изменений объема и уравновешены в пределах данного тела. Полные внутренние напряжения в древесине удобно рассматривать как совокупность двух составляющих — влажностных и остаточных напряжений. Влажностные напряжения вызваны неоднородной усушкой материала, обусловленной в свою очередь неравномерным распределением в нем гигроскопической влаги. Эта составляющая полных напряжений возникает из-за стеснения свободной усушки и исчезает при выравнивании влажности, когда каждый участок сортимента имеет возможность принять объем, соответствующий его влажности.

Остаточные напряжения обусловлены появлением в древесине неоднородных остаточных деформаций. В отличие от влажностных они не исчезают при выравнивании влажности в доске и наблюдаются как во время сушки, так и после ее полного завершения. Знаки влажностных и остаточных напряжений противоположны и результирующие полные напряжения представляют собой алгебраическую сумму. В первом периоде сушки влажностные напряжения больше остаточных, и полные напряжения, имея знак большей составляющей, проявляются как растягивающие у поверхности сортимента и как сжимающие — внутри. Во втором периоде остаточные напряжения превышают влажностные и результирующие напряжения меняют знак.

Если растягивающие напряжения достигнут предела прочности древесины на растяжение поперек волокон, появляются трешины. Так образуются поверхностные трещины в начале сушки (рис. 36) и внутренние трещины (свищи) в конце сушки. Эти трещины (наружные и внутренние) обычно имеют радиальное направление, так как разрыв тканей происходит вдоль сердцевинных лучей вследствие сравнительно слабой связи между древесными волокнами и сердцевинными лучами.

Рис. 36. Поверхностные и внутренние трещины при сушке.

Внутренние напряжения, сохраняющиеся в высушенном материале (остаточные напряжения), могут быть причиной изменения заданной формы деталей при механической обработке древесины. Количественная характеристика внутренних напряжений может быть найдена при помощи метода для измерения остаточных напряжений в древесине с выравненной влажностью. Поэтому методу из доски на расстоянии 0,3 м от торца выпиливают рядом две секции, толщиной (по волокну) 15 мм, захватывая все сечение. После выдержки в течение 1—2 суток для выравнивания влажности одну из секций раскалывают параллель но длине на слои толщиной 4 мм. Путем измерения длины этих слоев до и после раскроя определяют изменение их размеров и находят величину относительной деформации каждого слоя. Вторую секцию распиливают на слои толщиной 8—10 мм; полученные брусочки с направлением волокон, перпендикулярным их длине, используют для определения модуля упругости (при статическом изгибе с нагружением в двух точках). На основании полученных величин относительной деформации ε и модуля упругости Е вычисляют для каждого слоя напряжения а по формуле:

По полученным данным строится кривая распределения (эпюра) напряжений по толщине доски (рис. 37). Величина остаточных напряжений после камерной сушки значительно выше, чем после атмосферной. В пиломатериалах из древесины лиственных пород остаточные напряжения больше, чем из древесины хвойных пиломатериалов. Так, в поверхностном слое буковых досок сжимающие остаточные напряжения достигали 45 кГ/см 2 , а растягивающие во внутренней зоне 22 кГ/см 2 , в то время как у сосновых досок напряжения равнялись соответственно 16 и 8 кГ/см 2 .

С некоторыми усложнениями (учет усушки и внесение соответствующих поправок при определении относительной деформации, предохранение от высыхания брусочков для определения модуля упругости) описанный метод может быть применен и для измерения внутренних напряжений в древесине в процессе атмосферной сушки и в момент окончания камерной сушки (при невыравненной влажности по сечению сортимента). Короблением древесины называется изменение формы сортимента при высыхании или увлажнении. Различают поперечное и продольное коробление.

Рис. 37. Эпюра остаточных напряжений в сосновой доске после камерной сушки.

Поперечное коробление выражается в изменении формы сечения сортимента. Например, квадратная форма сечения бруска после высыхания становится прямоугольной и даже ромбической, плоская доска приобретает желобчатую форму и т. д. Поперечное коробление вызывается различием между радиальной и тангенциальной усушкой: внутренняя (обращенная к сердцевине) пласть доски ближе к чисто радиальному направлению, а внешняя — к тангенциальному, поэтому размеры разных частей досок изменяются неодинаково. Поперечное коробление досок из данного бревна тем больше, чем ближе к сердцевине расположена доска.

Продольное коробление наблюдается двух видов: в форме выгибания (по длине), когда прямая доска после высыхания становится дугообразной, и в форме перекручивания, когда плоская доска принимает форму винтовой поверхности. Первый вид коробления вызывается разницей усушки вдоль волокон между двумя зонами древесины (например, если в бруске одновременно имеется заболонь и ядро или нормальная и креневая древесина), второй является следствием наклона волокон. На рис. 38 показаны разные виды продольного и поперечного коробления.

Источник

Снятие остаточных напряжений в древесине

МОСКОВСКИЕ СПЕЦИАЛИСТЫ РАЗРАБОТАЛИ НОВЫЙ СПОСОБ СНЯТИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ДРЕВЕСИНЕ ПОСЛЕ КАМЕРНОЙ СУШКИ.
Специалисты по установке дверей http://install—doors.ru знают как важно качество древесины. В лаборатории Московского лесотехнического института нашли, что снятие напряжений в древесине эффективнее осуществлять водою, а не паром, как это делается обычно. Из камерной сушилки вытащили доски, сухие, легкие, ровные, одни погрузили в холодную воду, Другие — в горячую, третьи поставили под холодный душ, остальные стали орошать водой прерывисто: часть досок холодной, а часть горячей. Через несколько часов такой обработки замерили, в каком случае на какую глубину проникла в древесину влага.
Оказалось, глубже всего и быстрее увлажнились доски, орошаемые прерывисто распыленной холодной водой. Именно холодной, притом в прерывистом режиме, — это очень устраивало исследователей.
Брызганные холодною водою доски подсушили до выравнивания влажности по всей толщине и нарезали из них тонкие рейки — получились ровные, как линейки. Опять это было славно, поскольку рейка, нарезанные из досок, высушенных в той же камерной сушилке, но не прошедших обработку водой, имели серповидность, т.е. при механической обработке покоробились, что в промышленности, особенно в мебельном производстве, совершенно недопустимо.
Дело в том, что в процессе камерной сушки в древесине накапливаются неприятности замедленного действия — остаточные напряжения. Они-то и коробят древесину при механической обработке. По общепринятой технологии остаточные напряжения снимают в той же камере, где доски сушились. По окончании сушки напускают в камеру насыщенный водяной пар, увлажняют поверхности пиломатериалов и снова подсушивают. Обработка паром — это лишние, притом значительные, энергозатраты.

Схема оборудовании серийной сушильной камеры для влажностной обработки пиломатериалов после сушки. 1 — водопроводные трубы, 2 — форсунки с завихрителями, 3 — соедини тельные муфты, 4 — центральный трубопровод, 5 — вентили ручного управления, 6 и 7 — дополнительные вентили на боковых трубопроводах, в и 9 — автоматические пили, 10 — микропроцессор для автоматического управления влажной обработкой по режимам, заданным в зависимости от толщины материалов и породы древесины.

Источник

Способ снятия остаточных внутренних напряжений

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 10Л 11.1965 (№ 1019283/24-6) с присоединением заявки №

Опубликовано 12.1Х.1966. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 14.Х.1966

УДК 634.0.847.8(088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

Московский лесотехнический институт

СПОСОБ СНЯТИЯ ОСТАТОЧНЫХ ВНУТРЕННИХ НАПРЯ)КЕНИИ

По предложенному способу на древесину после сушки воздействуют водой с температурой не менее 40 С, что позволяет ускорить процесс тепловой обрабо1ки и сэкономить энергию.

После сушки древесину помещают в ванну с водой, нагретой до 40 — 60 С, или обрызгивают (обливают) ее водой. Поверхностные зоны древесины интенсивно поглощают воду и процесс развития остаточных деформаций сжатия протекает за значительно более короткое время, чем когда на древесину воздействуют воздухом повышенной температуры и влажности.

Быстрое увеличение содержания гигроскопической влаги в поверхностных зонах древесины не только устраняет сжимающие остаточные напряжения, но и создает при черезмерной продолжительности обраоотки растягивающие напряжения.

Проведенные исследования позволили установить, что при выдерживании хвойных пиломатериалов в нагретой воде с температурой

40 — 60 С в течение не более 30 мин, напряжения уменьшаются примерно в 1,5 — 2,5 раза.

Величина и характер распределения напряжений (эпюра напряжений имеет пилообразный вид) таковы, что возможность изменения размеров и формы деталей из древесины при их механической обработке практически исключена. Более кратковременная (3 — 5 мин) обработка хвойных пиломатериалов, прошедших высокотемпературную сушку, хотя и не снимает напряжения столь интенсивно, но позволяет предотвратить возможность появления

Обработка водой пиломатериалов из древесины лиственных пород оказывается еще более эффективной. Обработку производят в ваннах, снабженных ооогреваемыми паром

10 змеевиками. Для обработки можно использовать и конденсат.

Таким образом, процесс снятия остаточных напряжений происходит вне сушильной каме15 ры, что позволяет увеличить производительность последней. Сокращены и затраты тепловой энергии.

Напряжения снимаются при обработке водой как неохлажденных пиломатериалов, сра20 зу же после их выгрузки из камеры, так и после длительного хранения материалов на складе.

Предложенный способ снятия напряжений позволяет обрабатывать по мере надобности

25 только ту часть материала, к качеству которого предъявляются особые требования. Некоторое увеличение влажности поверхностных зон материала при обработке водой устраняется во время межоперационных выдержек ма30 териала.

Редактор E. А. Кречетова Техред Т. П. Курилко

Корректоры: С. Н. Соколова и T. В. Полякова

Заказ 3043j16 Тираж 975 Формат бум. 60;к,90 /8 Объем 0,1 изд. л. Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Способ снятия остаточных внутренних напряжений в древесине хвойных и лиственных пород после сушки путем тепловой обработки, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса и экономии энергии, на древесину после сушки воздействуют водой с температурой не менее 40 С.

Источник