ДЕФОРМАЦИИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В ПИЛОМАТЕРИАЛАХ В ПОПЕРЕЧНОМ НАПРАВЛЕНИИ ПРИ СУШКЕ

  Вся электронная библиотека >>>

 СУШКА ДРЕВЕСИНЫ >>>

    

 

СУШКА ДРЕВЕСИНЫ


Раздел: Строительство

 

34. ВНУТРЕННИЕ ДЕФОРМАЦИИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В ПИЛОМАТЕРИАЛАХ В ПОПЕРЕЧНОМ НАПРАВЛЕНИИ ПРИ СУШКЕ

  

Состав деформаций

Раскрытие сложных закономерностей, возникающих при сушке пиломатериалов в виде деформаций, и управление ими составляет основу изучения и ведения сушильного процесса. При изменении в древесине количества связанной влаги наблюдаются деформации трех видов: 1) усушка и обусловленное ею коробление сортимента, при этом влага может быть распределена равномерно по его сечению; эти деформации (см.  39) происходят без напряжений в материале, если нет внешних противодействий усушке; 2) внутренние деформации в сечении материала, обусловленные перепадом гигроскопической влажности (см.  61,а), т.е. зональной разностью усушек в сечении сортимента; 3) деформации остаточного растяжения (уменьшающего величину усушки) или, наоборот, упрес- совки древесины (в центральной зоне сортимента, с образованием раковин) в поперечном к волокнам направлении.

Рассмотрим второй вид деформаций, возникающих в процессе сушки под действием развивающихся внутренних сил. Б начале сушки, при понижении влажности у поверхности материала (см.  61, а) ниже предела гигроскопичности, древесина начинает усыхать. Однако в центральной зоне материала влажность еще высокая, размеры остаются прежними и препятствуют усушке древесины в поверхностной зоне, поэтому поверхностная зона оказывается ра&¥янутой. Аналогичные внутренние упругие деформации (температурные напряжения), но во много раз меньшие по величине (поэтому не учитываются далее), наблюдаются при быстром охлаждении материала (см.  52, в).

Поскольку система находится в состоянии статического равновесия, древесина в центральной зоне будет соответственно сжата. Такова схема напряжений в первой стадии сушки. Возникающие при этом внутренние деформации разделяются на влажностные, упругие и остаточные.

Упругие деформации У пропорциональны напряжениям о и обратно пропорциональны модулю упругости Е в поперечном направлении. Координация режимов сушки по упругим деформациям У, как определяющему параметру протекающих реологических процессов и показателю деформативности древесины, предпочтительнее, чем по напряжениям о вследствие: наглядности и сопоставимости измерений всех внутренних деформаций, возможности комплексного их расчета, выпадения трудоемких измерений параметра Е (поскольку У=а/Е), охвата параметром У влияния переменных при сушке р, t, w древесины, а также выявления скорости нарастания остаточных деформаций, являющихся функцией упругих.

Остаточные О (в основном пластические) деформации свойственны древесине, как высокомолекулярному полимеру. Они начинают накапливаться во времени вскоре после возникновения упругих деформаций со скоростью нарастания, пропорциональной величине У. При отрицательных (сжимаюших) упругих деформациях остаточные деформации постепенно уменьшаются и могут получить нулевое и даже отрицательное значение. Таким образом, при положительных упругих деформациях происходит остаточное растяжение поперек волокон,, а при отрицательных — упрессовка древесины.

Здесь рассмотрены разностные по толщине материала деформации, направленные касательно к его ширине, на переменном расстоянии от поверхности доски.

Закономерности развития деформаций

Развитие влажностных В, упругих У и остаточных О внутренних деформаций на протяжении сушки пиломатериалов показано графически на  65. На  65, а изображены температурные кривые воздуха. Сплошными линиями на  65, б нанесены кривые влажности древесины поверхностной wn и центральной йуц зоны по толщине материала. Кривая средней его влажности w показана пунктиром. Разность ординат йУц—wn обозначает перепад гигроскопической влажности в центральной и поверхностной зонах материала. С учетом (184) получим влажностную деформацию В, беспрерывно изменяющуюся во время t сушки.

Усушка древесины, следовательно, отсчет В начинается от горизонтали 1—3, т. е. ниже предела гигроскопичности wn.T. Вправо от точки 1 на кривой wn величина В нарастает, а затем правее точки 3 падает.

С момента начала удаления связанной влаги (точка 1) из поверхностной зоны материала в ней возникают касательные упругие деформации У и, следовательно, в первой стадии сушки развиваются напряжения растяжения, способствующие появлению (точка х—2) и затем накоплению (разность ординат О от нижней кривой йуп до пунктирной линии) остаточных деформаций (особенно в более напряженной поверхностной зоне). Из-за их развития снижается скорость нарастания упругих деформаций У, достигающих максимального значения в точке 3, что создает наибольшую опасность наружного растрескивания материала. Затем У за счет О уменьшаются и при завершении первой стадии сушки в точке 4 приобретают нулевое значение. В этот момент времени 0=В, т.е. остаточные деформации увеличились до значения влажностных и дальнейшее нарастание О прекратится.

Таким образом первая стадия сушки характеризуется:

а)         развитием растягивающих упругих деформаций в поверхностной зоне материала с опасностью ее растрескивания и соответственно сжимающих в центральной зоне материала;

б)        беспрерывным нарастанием остаточных деформаций О;

в)         равенством В = У+0 или 0=В—У.

Вторая стадия сушки характеризуется: а) растягивающими упругими деформациями в центральной зоне материала с опасностью возникновения внутренних трещин (раковин); б) непрерывным уменьшением во времени остаточных О деформаций; в) равенством 0=В + У или У=0—В.

Для получения сухого материала с минимальными В и У в конце сушильного процесса материал кондиционируют, увлажняя поверхностную зону (участок 7-—8) и дополнительно его нагревая. При этом возникает противоположный перепад влажности и значительные упругие деформации У растяжения во внутренней зоне [13, 14]. При последующем охлаждении материала поверхностная влага быстро теряется, поэтому приближается к нулю и величина У; исчезает зональная разность О.

Из кривых  65, б следует, что чем меньше на протяжении всего процесса будет В (тоньше материал, больше продолжительность процесса и коэффициент влагопроводности), тем ниже будут значения У я О. Если В приближается к нулю (например, сушка при диатермическом нагреве), к той же величине будут стремиться У и О. Наоборот, У и О при больших значениях В будут возрастать, поэтому толстые пиломатериалы меньше усыхают, пластически растягиваясь во время сушки в поперечном сечении.

На  65,6 в виде разности ординат в гигроскопической области йуц—tiyn показана влажностная деформация В, которая до момента времени т4 (в точке 4) равна упругой У вместе с остаточной О. В точке 4 упругие деформации У равны нулю и далее меняют знак (см.  65, г, аналогичный  67, а, У), а остаточные се и ab спрямленных участков кривых (пунктирной и tiyn) параллельны между собой.

Эта особенность всех кривых вблизи точки 4 способствует установлению эквивалента между В я О (поскольку У равна нулю), а также выявлению участка се пунктирной кривой и помогает ее построению. Везде, кроме начального участка, обычно 0>У, а во второй стадии У составляет небольшую часть О.

На  65, в изображены значения В и У в виде ординат от горизонтальной оси 0—т. В регулярном процессе сушки нарастание ординат В и У до точки 3 (максимума В и У) характеризуется выпуклой кривой, аналогичной температурной кривой t на  65, а, а после точки 3 —вогнутой, аналогичной кривой сушки на  65,6. И на этой диаграмме спрямленные отрезки ab и се кривых В я У вблизи точки 4 параллельны. При проведении более жесткого режйма сушки точка 3 на  65, в максимальных деформаций возникает раньше и выше (см. пунктирную кривую 1—<?'), смещается и точка 4 (кривая 3'—4' вместо 3—4). На  65, в заштрихованы зоны растягивающих напряжений.

Эпюры деформаций с учетом поперечного коробления пиломатериалов в регулярном процессе показаны графически на коробления, «изгибая» его при сушке, таким образом, в направлениях противоположных естественному короблению. В результате изгиба из естественно покоробленного в искусственное плоское состояние в сечении материала возникают упругие деформации растяжения ( + ) и сжатия (—) ( 66,6), изображаемые в виде двух обычных треугольников аЬс и tick. Вследствие этого эпюры полных напряжений (внутренних плюс от нагрузки прокладками) потеряют симметрию, как это показано на эпюрах / и // [20].

Следовательно, для любых пиломатериалов, кроме выпиленных строго радиально, эпюры полных напряжений асимметричны, имеют сдвиг наибольших растягивающих напряжений к наружной пласти доски. При этом точки экстремума I и 2 ( 66, а) смещаются в положение 3 к 4 (см.  66,6), что повышает опасность растрескивания плоско зажатого материала в стадии I сушки.

Поскольку древесина упруго-вязкий материал, эпюры деформации видоизменятся, как это показано на  66, в. Существенно, что ордината максимальных напряжений в центральной зоне материала (точки 5 и 6) также сместится, т. е. возможные внутренние трещины (раковины) сдвинутся к наружной пласти доски. В толстом материале распределение касательных деформаций по толщине еще более сложно. Их знак может неоднократно (гармонически) изменяться по координате R.

Рассмотрим методы производственного обнаружения и наглядного представления внутренних деформаций в процессе сушки пиломатериалов.

в поперечном сечении пиломатериала показаны три стадии развития деформаций во время сушки (Я — начальная, I — первая, II — вторая стадия) и два зафиксированных состояния материала (пунктиром)—П — переходное состояние от первой ко второй стадии и К—конечное.состояние, когда в результате кондиционирования материала влажност- ные деформации устранены, а остаточные выравнены, поэтому исчезнут и упругие.

В верхнем ряду показана постепенная убыль влаги по сечению материала в виде кривых влажности (слева знак В), во втором ряду — немедленная деформация сечения материала, расколотого на два слоя, что демонстрирует проявление упругой деформации (знак У). В третьем ряду показана деформация этих слоев после длительной выдержки или окончательной просушки для выравнивания влажности, чтобы проявились только остаточные деформации (знак О).

Упругие деформации в начале сушки (см. ряд У) проявляются в форме изгиба отделенных слоев со стрелой f, показывающего растяжение поверхностной зоны материала (если слои усилием выпрямить до исходного прямолинейного положения, возможно их наружное растрескивание). Во второй стадии сушки изгиб слоев в этом ряду показывает деформацию растяжения внутренней зоны материала (2/).

Остаточные деформации накапливаются на протяжении первой стадии сушки, достигают максимума в переходном 77 состоянии материала и спадают во II стадии, что фиксируется

величиной изгиба слоев О (в третьем ряду на  67, а) или относительной их длиной (см. 

Завершение кондиционирования материала характерно отсутствием как упругих У, так и разности остаточных О деформаций по толщине материала, т. е. слои К не показывают изги-ба ни в момент раскалывания, ни после выдержки древесины для выравнивания влажности.

схемы раскалывания контрольных силовых образцов на слои. В начале процесса сушки, когда возникает опасность растрескивания досок у внешней их пласти, ежесуточно (1—2 раза) откалывают тонкий слой ( 67,6,1); по величине стрелы прогиба с учетом длины слоя I, определяется упругая деформация У. Принципиально существенно при этом установить время возникновения Ушах, после чего изгиб слоя начнет уменьшаться, достигая нулевого значения и затем изгибается в противоположном направлении (II стадия сушки). При опасности возникновения раковин отрезанный из высушиваемого материала образец раскалывают на 3 слоя ( 67,6,2) с замером стрелы прогиба 2f у двух крайних слоев, сложеняых кромками вместе. Такой же замер выполняется затем после быстрого высушивания этих же слоев (с целью выравнивания их влажности) для определения остаточных деформаций О. Раскалывание на пять ( 67,6,3) и более слоев проводят в экспериментальных целях. Слои откалывают с предварительной разметкой попеременно с обеих сторон образца ножом е прямолинейным лезвием одним ударом по ножу.

Для брусковых сортиментов пригоден метод двузубой вилки ( 67, б, 4); пунктиром показано отклонение зубцов в I стадии сушки.

схема по измерению упругих деформаций методом проявления следящей деформации в сочетании с раскалыванием образца на слои. В контрольном образце доски ( 67, в, 1) на средине его длины со стороны кромки выполняют узкий продольный пропил (круглой пилой на круглопильном или фрезерном станке). Протяженность пропила обычно до 0,4 м, глубина — до средины ширины доски. Для возмещения удаленной с опилками влаги пропил заполняют соответственно увлажненными опилками, а сверху по" кромке образца закрывают упругой влагоизоляцией (ею защищают и торцы образца). Посредине длины в пропил вставляют индикатор для измерения ширины пропила у его кромок, прикрепляемый к одной из них. Простейшая конструкция индикатора, выполненная из узкой полоски нержавеющей стали толщиной 0,5 мм, представлена на  67, в, 2—3; один конец соответственно изогнутой полоски превращен в стрелку, а второй — в циферблат. В процессе сушки такого образца пиломатериалов индикатор показывает сперва частичное расширение кромок пропила, а во второй стадии — их сужение. При этом наглядно иллюстрируется интересный для раскрытия процесса и самый ответственный в технологическом отношеднщ; момент сушки — прохождение максимума упругими деформациями.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ:  Теория, технология, техника и организация сушки древесины

 

Смотрите также:

 

Развитие внутренних деформаций в древесине при сушке. Стадийность...

Стадийность развития внутренних деформаций. Ранее была рассмотрена модель возникновения при сушке пиломатериалов упругих, а также остаточных деформаций.
На 28, а графически показано постадийное развитие процессов сушки на поперечных разрезах доски...

 

Влажностные деформации пиломатериалов при сушке. Сушка и защита...

§ 12. Влажностные деформации пиломатериалов при сушке. Закономерности усушки досок.
У остальных досок левая пласть (тангентальной выпиловки) усохнет больше, чем правая, поэтому стянет и искривит доску в поперечном направлении.

 

...и развитие внутренние напряжения в древесине при ее сушке

Рассмотрим, как возникают и развиваются внутренние напряжения в древесине при ее сушке.
Поэтому возникшие в начале процесса остаточные деформации сохраняются в материале до конца сушки.

 

...процесс перехода упругих деформаций в остаточные. Сушка и защита...

Во время сушки древесины эти свойства проявляются в поперечном к длине волокон направлении, т. е. по ширине доски.
В результате приложения сил полоски изогнутся, т. е. в них возникнут напряжения и деформации, снаружи растягивающие (знак +), а внутри...

 

Предупреждение влажностных деформаций пиломатериалов...

Такая деформация возникает при досушке деталей в щите; в случае их увлажнения щит будет деформироваться в противоположном направлении.
Деформации поперечных отверстий в деталях.
Усушкой называют уменьшение линейных размеров и объема древесины при сушке

 

...торцовых трещин. Коробление пиломатериалов в процессе сушки

Радиальные трещины возникают при сушке круглых лесоматериалов и пиломатериалов
Это приводит к изгибу (короблению) доски в поперечном направлении.
текущей влажности пиломатериалов; результаты анализа внутренних напряжений и остаточных деформаций...