О ВЛИЯНИИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР НА ДЕФОРМИРОВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ В ЗАМКНУТОМ ПРОСТРАНСТВЕ

 

Вишуренко Н.В., Спицын И.Н., Корчма И.С. (СибГТУ, г.Красноярск, РФ)

 

In the given scientific work are resulted results of experiences on research of influence of temperature and humidity on factor of consolidation of wood at compression in the closed space along fibres.

 

Известно, что производительность лесопильного оборудования напрямую зависит от скорости подачи, а скорость подачи, в свою очередь, зависит от величины подачи на зуб.

Пиление древесины относится к процессам, происходящим в полузамкнутом пространстве. Пила при этом пилении совершает собственно резание и транспортирование опилок в пропиле, так как срезанные зубом стружки могут быть размещены исключительно в межзубовой впадине.

Поэтому, одним из факторов, ограничивающим подачу на зуб ,мм, является коэффициент уплотнения стружки в межзубовой впадине, что видно из формулы 1

                                                ,                                             (1)

где  - коэффициент формы зуба;  - шаг зуба, мм;  - коэффициент заполнения площади впадины;        - высота пропила, мм;  -коэффициент уплотнения межзубовой впадины.

Степень уплотнения стружки во впадине между зубьями пилы (как и коэффициент уплотнения) зависит от плотности древесины и ее гидротермического состояния. Номинальный объем стружки уменьшается на величину объема пор, свободных от капиллярной влаги, и коэффициент уплотнения опилок во впадине α_упл. определяется по формуле

                                                  ,                                                   (2)

где  – плотность древесины при влажности, равной точке насыщения волокна, кг/м²; - плотность древесинного вещества, насыщенного влагой, кг/м².

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.

Предельное значение коэффициента уплотнения α_упл. определяется  по формуле

                               ,                              (3)

где ρ_усл. – условная плотность древесины, кг/м³; ρ_д.в. -  плотность древесинного вещества, кг/м³; W´ - влажность, соответствующая точке насыщения оболочек, проц.; W - средняя влажность срезанной древесины, проц.;       W_н - количество незамерзшей влаги, проц.; 1,091 – коэффициент увеличения объема при замерзании воды;  ρ_в – плотность воды, кг/м³.

Принимается ρ_в=1000 кг/м³; ρ_д.в.=1540 кг/м³; W´=30% (для сосны).

Известны работы профессора Е. Г. Ивановского и доцента В. И. Микулинсого по исследованию процесса сжатия древесины в замкнутом пространстве при положительных температурах. Поэтому, мы занялись исследованием сжатия древесины при отрицательных температурах.

Для проведения исследования были изготовлены образцы цилиндрической формы из участков заболони и ядра так, чтобы дальнейшие испытания происходили вдоль волокон. Размеры образцов: высота 25 мм; диаметр 20 мм.

Для проведения экспериментов были выбраны следующие температуры, °С: «-35», «-25», «-15», «-5», «0», «+5». Значения влажности: 12-14%, 50%; 120%.

Вследствие гистерезиса  процессов оттаивания и замораживания древесины [1] содержание в ней незамерзшей воды при одной и той же температуре в пределах от 0°С до минус 20 - 30°С и одинаковой влажности может несколько отличаться в зависимости от того, предшествовало ли данному температурному состоянию древесины нагревание или охлаждение, мы приняли решение сначала заморозить образцы в морозильнике «Бирюса – 280», а затем нагреть их до нужных температур.

На каждой температуре и влажности было проведено по шесть опытов. Для выявления зависимости были взяты средние значения коэффициента уплотнения.

Эксперимент проводился на разрывной машине Р-5. Методика эксперимента приведена в предыдущей статье [2]. Графики зависимости коэффициента уплотнения от температуры приведены на рисунке 1.

Анализируя графики, можно сказать, что:

1)               характер зависимости коэффициента уплотнения от температуры и влажности у заболонной и ядровой части практически одинаков;

а

б

а – ядровая часть;

б – заболонная часть

Рисунок 1 – Влияние влажности и температуры на коэффициент уплотнения при сжатии вдоль волокон

 

2)  сравнивая графики при влажности 12-14%, мы видим, что коэффициент уплотнения при сжатии ядровой части больше, чем при сжатии заболонной. Это объясняется тем, что в ядровой части плотность больше, чем в заболонной части при одной и той же влажности;

3)  у образцов с влажностью 50% и 120% в заболонной части, и с влажностью 50% и 75% в ядровой части с повышением температуры от минус 35°С до минус 5°С коэффициент уплотнения практически не изменяется, а с повышением температуры от минус 5°С до +5°С коэффициент уплотнения уменьшается, в диапазоне температур от 0°С до +5°С численные значения коэффициентов одинаковы.

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. Аналогичная зависимость наблюдалась при сжатии поперек волокон [2].

Литература

1 Чудинов, Б.С. Теория тепловой обработки древесины [Текст] / Б.С. Чудинов. – М.: Наука, 1968. – 256 с.

2 Спицын, И.Н. Исследование влияния влажности и температуры на степень уплотнения древесины в замкнутом пространстве / И.Н. Спицын, Н.В. Вишуренко, И.С. Корчма //  Актуальные проблемы лесного комплекса: сб. научных трудов. Часть 2 – Брянск, 2008. – С. 138 – 140.