способ раскроя кряжа лиственных пород

Формула изобретения

1. СПОСОБ РАСКРОЯ КРЯЖА ЛИСТВЕННЫХ ПОРОД, включающий формирование делянок трапециевидного сечения путем выполнения радиальных пропилов постоянной глубины вдоль всей длины кряжа и отделение делянок от центрального стержня, отличающийся тем, что радиальные пропилы выполняют на глубину до сердцевинного слоя древесины, затем производят стяжку кряжа в зоне торцов и высушивают его, после чего кряж делят на секторные заготовки и производят отделение делянок.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отделенные делянки разворачивают на 180^o вокруг их продольной оси совмещением вершинных концов с вершинными, а комлевых с комлевыми для формирования блоков-полуфабрикатов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к деревообработке, в частности к области раскроя древесного сырья, обеспечивающего сохранение биологических и физико-механических свойств древесины, повышение ее полезного выхода, особенно, при тонкомерном сырье, входе получения делянок для склейки блоков-заготовок идущих на изготовление изделий или деталей с жесткими ограничениями их коробления в ходе эксплуатации.

В качестве прототипа способа раскроя кряжа принимается способ улучшения качества древесины путем раскроя кряжа на тонкую доску, из которой выкраиваются делянки, склеиваемые в блоки, предназначенные для изготовления изделий, к которым предъявляются требования о минимальной склонности к короблению (деформации) фиг.20 и 21.

Особенность свойств древесины березы, как наиболее распространенного вида сырья лиственных пород.

Прежде чем дать оценку недостаткам прототипа, следует дать краткую характеристику березе, как сырью, пригодному для производства многих видов изделий с высокими физико-механическими эксплуатационными свойствами (например, лыжи). Здоровая березовая древесина полностью отвечает этим требованиям: гибкостью, упругостью, достаточной вязкостью и рядом других полезных свойств.

Однако береза, как древесная порода, обладает рядом специфических особенностей:

а) Кора дерева бересты не пропускает воздуха, а потому с момента прекращения жизнедеятельности (после спиливания) внутренние слои древесины склонны к задыханию, проявляющемся в интенсивном развитии микроорганизмов и микрофлоры (грибков). Внешне это выражается в появлении цветных окрасок (краснина, синева), а качественно в резком снижении физико-механических показателей: прочности на изгиб, пластичности, резко выраженной хрупкости и склонности к растрескиванию.

б) Береза на входе роста, будучи солнцелюбивой, характерна закрученность направления волокон в стволе, т.е. их расположения по спирали (по ходу движения солнца) фиг.28, это проявляется в виде косослоя в пиломатериале, несмотря на полное соблюдение технологии раскроя кряжа с ориентацией пластей брусков в тангенциальном направлении. Это особенно четко видно в производстве массивных лыж, когда в ходе сушки спаренных брусков, с предварительным прогибом в сторону заболотной пласти, упомянутая особенность структуры березового ствола вызывает коробление высушенного бруска-заготовки (фиг.19), что при последующей механической обработке (строгание на пласть) приводит к появлению косослоя, особенно на концевых участках болванки (фиг.25). Это неизбежно приводит к излому как при гнутье носка, так и в ходе эксплуатации лыж (в носке и пятке).

Исходя из приведенной характеристики березы как породы, влияния ее свойств на продукцию, становятся понятнее пути сохранения ее качественных показателей на всех этапах переработки.

В части предупреждения задыхания. Главная рекомендуемая мера протесывание кряжа (фиг.27). Операция трудоемкая, выполняемая вручную, а потому практически не проводимая, т.е. предопределяющая получение промышленно заведомо низкокачественного, а чаще практически непригодного для переработки сырья.

В части улучшения (оптимизации) структурных свойств древесины. Распиловка кряжа на тонкий п/материал (фиг.20 и 21) с последующим раскроем на делянки идущих на склейку в блоки-заготовки с разгонкой направления годовых слоев. В принципе цель усреднения качества древесины по механическим показателям достигается по вероятностному принципу разнонаправленности деформации отдельных делянок (фиг.22). Однако при такой технологии наряду со значительной потерей древесины на припуски для строгания делянок происходит потеря значительной части заболонной (наиболее ценной по механическим показателям) древесины (фиг.20, 21, 24, 25, 26).

Недостатки прототипа:

а) Значительные отходы древесины как в ходе выбраковки (в основном по сучкам), так и (особенно) в ходе обработки (строгания) с целью устранения последствия деформации заготовок делянок в результате сушки (фиг.24, 25, 26). В условиях получения блоков в полную длину кряжа из тонких делянок (толщиной порядка 20 мм) полезный выход древесины составит 25-30% (от кругляка), а с учетом получения дополнительно блоков малой длины, полезный выход древесины возрастает, но не превысит 40-45% даже при оптимальных условиях ведения процесса.

б) Значительные потери заболонной древесины в обзол, тонкий горбыль, мелкий четвертник и т.п.

в) Значительные остаточные внутренние напряжения в древесине, возникающие в ходе сушки с принудительными технологическими мерами по сохранению правильной геометрической формы высушиваемого пиломатериала (частые прокладки, пригруз штабеля и т.п.).

Цель изобретения:

1. Раскрой кряжа с учетом биологии развития дерева (радиальное расположение сучков в стволе), что позволяет эффективнее выключать в ходе обработки дефектные (по сучкам) участки древесины, обеспечивая оптимальный полезный выход длинномерных заготовок, в сравнении с традиционной технологией.

2. Использование наиболее здоpовой с высокими механическими свойствами заболонной древесины.

3. Сохранение биофизических свойств древесины (особенно березовой), начиная с самых ранних фаз технологического процесса, путем обеспечения эффективной вентиляции глубинных слоев кругляка (кряжа).

4. Стабильность геометрической формы как полуфабриката (склеенного блока-заготовки), так и деталей и изделий, изготовленных из него.

5. Увеличение полезного выхода древесины из кряжа за счет снижения потерь ее при раскрое на опилки и стружку.

6. Возможность эффективного использования в качестве сырья тонкомерного кругляка, невыгодного для традиционной технологии обработки.

Пути решения поставленной задачи:

формирование из кряжа делянок клиновидного сечения (трапециевидной формы) фиг.10, 11, с ориентировкой широкой (заболонной) и узкой (сердцевинной, ядровой) кромок строгое тангенциально, а пластей в радиальном направлении относительно поперечного сечения кряжа, путем выполнения радиальных пропилов (фиг.1, 2), что и приводит к специфичной трапециевидной форме их сечения;

обеспечение вентиляции глубоких слоев древесины, используя пропилы, выполненные с целью формирования делянок, чем обеспечивается полное сохранение качества древесины (фиг.1);

сокращение до минимума числа технологических переходов, связанных со строганием "как чисто" (только заболонной и сердцевинной кромок) фиг.10, и, ограничиваясь только шлифовкой при обработке поверхностей пластей делянок (фиг.11);

формирование блоков прямоугольного сечения разворачивания вокруг продольной оси каждой второй делянки на 180^о (фиг.12).

На фиг. 1 показано выполнение радиальных пропилов с учетом расположения главного вида дефекта (сучков); на фиг.2 схема технологии выполнения пропилов; на фиг.3а вариант схемы раскроя высушенного кряжа на секторные заготовки, удобные для дальнейшей обработки; на фиг.3б секторные заготовки в разъединенном виде; на фиг.4 технология разделения кряжа на секторные заготовки с использованием варианта опорно-направляющего гребня; на фиг.5 вариант раскроя секторных заготовок на отдельные делянки; на фиг.6 схема разрушения кряжа под действием внутренних напряжений в результате изменения объема древесины при влажности ниже 30% абс. на фиг.7 поперечное сечение кряжа после выполнения пропилов: в верхней половине фигуры непосредственно после механообработки, в нижней половине фигуры после сушки (увеличение и изменение формы пропилов). На секторе "А" стрелками показано направление деформации в радиальном направлении, на секторе "В" тангенциальное направление деформации; на фиг.8 характер деформации и возможных разрушений секторов вдоль кряжа в результате усушки древесины; на фиг.9 бландажирование пропиленного кряжа во избежание возникновения трещин усушки; на фиг.10 схема обработки кромок делянки строганием "как чисто"; на фиг.11 схема обработки пластей делянки шлифованием "как чисто". Показана возможная продольная деформация делянки в результате неравномерности усушки в ходе снижения влажности древесины; на фиг. 12а. б комплектация блока из делянок при склейке; а) взаиморасположение деформированных делянок (по длине) до сжатия; б) устранение продольной деформации делянок после сжатия и последующей сушки, фиксирующей необходимую геометрическую форму блока; на фиг.13 форма блока, склеенного из делянок с учетом их сбежистости; на фиг.14 схема деформации щитов (досок под резьбу, икон и т.п.), усиленных клиньями, выполненных из качественно выдержанной древесины, спустя длительное время после их изготовления, в результате проявления остаточных внутренних напряжений вследствие усушки; на фиг.15а,б, в раскрой кряжа на бруски с тангенциальной ориентацией пластей в различных вариантах с учетом диаметра кряжа; на фиг.16 раскрой толстомерного кряжа с получением бруса из кругляка, полубруса из толстого горбыля и заготовок из четвертей горбыля; на фиг.17 раскрой кряжа на заготовки способом согласно авт. св. N 90906, кл. 38а, 5, 1950 г; на фиг.18 деформация поперечного сечения бруска (доски, делянки) в ходе сушки при тангенциальной ориентации пластей, делянка А на фиг.20, 21; на фиг.19 деформация бруска (доски, делянки) нечеткой ориентации пластей смешанной радиально-тангенциальной, что вызывает скручивание заготовки пропеллеровидность (крыловатость), делянка Б на фиг.20, 21; на фиг.20 раскрой кряжа вразвал (прямой роспуск на необрезную доску) для последующего раскроя на делянки; на фиг.21 раскрой кряжа на брус, используемый затем для получения делянок с тангенциальной ориентацией их пластей, и два варианта раскроя горбылей на делянки; на фиг.22 комплектация делянок в блок-заготовку; на фиг.23 иллюстрация утверждения о невозможности использования делянок с тангенциальной ориентацией пластей, деформированных при сушке, для склейки напрямую без строгания пластей; на фиг.24 устранение деформации делянок при сушке (при тангенциальной ориентации пластей). Заштрихованные участки древесина, уходящая в стружку; на фиг.25 устранение деформации делянок с неопределенной ориентацией пластей (склонных к крыловатости) путем строгания. Незаштрихованная часть сечения полезных выход древесины; на фиг.26 продольная деформация бруса (доски) на пласть в сторону заболони при сушке; на фиг.27 протесывание лысок на березовом кряже для предупреждения задыхания древесины после спиливания дерева; на фиг.28 спиральное расположение волокон древесины (закручивание), приводящее к косослою в заготовках (брусе, доске, делянке); на фиг.29 трапециевидная форма делянки в бондарном производстве, не имеющая качественного отношения к трапециевидной форме делянки, получаемой согласно предлагаемому методу.

Предпосылки, предопределяющие целесообразность применения предлагаемого способа. Геометрическая форма поперечного сечения древесного ствола (круг) предопределяет, что его периферийные зоны подвергаются значительному растяжению в ходе высыхания. Это усугубляется тем, что коэффициент усушки заболонной древесины (как более молодой) больше чем этот показатель для ядровой (сердцевинной) древесины. Проявлением этой особенности являются радиальные трещины различной глубины, идущие от периферии к центру (фиг.6).

Радиальные пропилы (фиг. 7 I) играют роль трещин разгружая древесину в секторах (делянках) от внутренних напряжений возникающих при сушке в тангенциальном направлении (фиг.7 II, сектор "Б") обеспечивая "безболезненность" интенсификации процесса сушки. Как следствие, происходит изменение конфигурации секторов (фиг.7 II), где пунктиром показаны первоначальный вид пропила и сектора влажной древесины, а сплошной линией высушенной древесины. На секторе "А" стрелками показано направление усушки в радиальном направлении, которая также протекает беспрепятственно.

Различие в коэффициентах усушки заболонной и сердцевинной древесины сказывается и в продольном направлении, выражаясь в склонность древесины коробиться (изгибаться) в сторону заболони (фиг.9) с опасностью появления трещин на торцах. Это cвязано отчасти с ускоренной сушкой торцовых участков кряжа. При радиальных пропилах ширина кромок будущих делянок (расстояние между пропилами) в центральной (глубинной части кряжа) будет меньше чем по периметру, а следовательно, возникновение трещин в этих местах наиболее вероятно. Этим и предопределяется необходимость стяжка концов кряжа упругими хомутами (фиг. 9).

Биологическая полиморфность строения древесины вызывает локальные отклонения ее свойств, проявляющихся в виде неравномерной усушки как по величине, так и по направлению, а следовательно, не гарантируется прямолинейность сектора по длине (фиг.11). Однако такие деформации возникают при влажности древесины существенно ниже 30% абс. когда активно удаляется влага, находящаяся в стенках древесных плиток.

Описание способа. После валки дерева производится раскряжевка поперечный раскрой хлыстов на короткие отрезки определенной длины (обычно 2-2,5 м).

Кряж фиксируется в центрах специального станка и вдоль него наносятся глубокие пропилы, располагающиеся радиально относительно поперечного сечения кряжа, допуская изменение угла разворота кряжа в некоторых пределах (фиг.1 и 2) с целью рационального выключения древесины с дефектами (в основном сучки). Эта операция является первой фазой формирования будущих делянок трапецеидальной формы со строгой ориентацией кромок в тангенциальном направлении и радиальной пластей. Секторы с дефектами в дальнейшем подвергаются поперечному раскрою с удалением дефектных участков древесины и получением более коротких делянок.

Пропилы в кряже решают следующие вопросы:

создают условия эффективной вентиляции глубинных слоев древесины кряжа, исключая ее задыхание и препятствуя развитию микро- и микофлоры, тем самым обеспечивая полную сохранность высоких физико-механических свойств древесины;

ускоряют процесс естественной и искусственной сушки в интенсивном режиме без опасения растрескивания древесины;

позволяют применить способ сушки токами промышленной частоты согласно авт.св. 115382 (способ сушки изделий из неэлектропроводного материала).

Поскольку древесина при снижении влажности ниже 30% склонна к короблению, т.е. деформироваться, изгибаться в сторону заболони (фиг.8) с опасностью появления трещин усушки (фиг.8), производится стяжка кряжей вблизи торцов бандажами (фиг.9). Подготовленный таким образом кряж хранится уложенным клетями до момента транспортировки или переработки в цехе.

В случае последующего склеивания делянок в блоки водосодержащими клеями (ПВА, столярный костный или мездровый, казеиновый и т.п.) целесообразно проводить дальнейшую разделку кряжа при влажности древесины 22-25% когда деформации секторов на пласть (фиг.11) проявляются еще в малой степени и могут быть подавлены в процессе опрессовки после склейки и последующей сушки блоков в зажатом состоянии до эксплуатационной влажности (12-15%) или до промежуточной влажности (18-20%) блоков-заготовок, идущих на 2-ю стадию склейки (напр. в производстве сложно-клееных лыж).

Достаточно высохший кряж разделяется на 2-3 секторных заготовки (фиг.3 и 4), после чего производится отделение делянок от центрального стержня (фиг. 5).

Кромки делянок прострагиваются "как чисто" (фиг.10) без устранения сбежистости.

Пласти делянок прошлифовываются для устранения рисок, оставленных пилой (фиг. 11). При влажности древесины 22-25% шлифовкой не устраняется ворс, что и не требуется, так как он усиливает клеевое соединение. Продольное коробление делянок при указанной влажности ничтожно и не требует устранения путем строгания, что связано с потерями древесины в стружку. Достаточно опрессовки при склеивании.

Для правильного различия в способах разработки сырья и оценки преимуществ предлагаемого способа (в сравнении с традиционными) необходимо подробнее описать отрицательные стороны технологии способа-прототипа, не вошедшие в раздел "Недостатки прототипа" и охарактеризованные там общей фразой "большой отход древесины в стружку".

Необходимость включения в технологию переходов "строгание на пласть" и связанных с этим припусков (а, следовательно и потерь древесины) определяется разбросом ориентации пластей, получаемых делянок при раскрое кряжа (фиг.20 и 21). Если пласти делянок типа "В" ориентированы радиально (как и в предлагаемом способе), то делянки типа "А" в ходе сушки деформируются в продольном направлении (фиг.26) и в поперечном "корытообразность" (фиг.18). Избавление от последнего вида коробления путем опрессовки в ходе склеивания вызовет появление трещин (фиг.23). Так неизбежно возникает необходимость в припуске по толщине, так как в частности строгальные станки типа фуганок не приспособлены для строжки кривых (по длине пластей фиг.26). Делянки типа "В" смешанной радиально-тангенциальной ориентировки из-за присутствия в них всех видов коробления, включая "крыловатость" (фиг.19) приводит к особо низкому полезному выходу древесины (фиг.25).

Биологическая особенность роста сучков (в радиальном направлении) также увеличивает объем древесины, идущей в отход при раскрое кряжа, как в развал на необрезную доску (фиг.20), так и с предварительным получением бруса обрезные делянки (фиг.21).

Особые пояснения. Древесина долговечный материал с весьма специфическими свойствами. Даже при незначительных колебаниях влажности воздушной среды при благоприятных в общем условиях изделия из древесины склонны деформироваться в естественных для нее направлениях, несмотря на все принимаемые меры: многолетняя сушка и выдержка заготовок, укрепление деревянных оснований (досок, щитов, икон и произведений резного искусства) дубовыми прочными клиньями (фиг.14).

Предлагаемый способ ориентации заболонной и сердцевинной древесины в делянках и противонаправленность их расположенных относительно друг друга, не устраняют самого процесса медленной деформации в ходе естественного снятия внутренних остаточных напряжений в каждой из делянок. Однако противонаправленность процесса деформации древесины в отдельных делянках обеспечивает минимальное искажение первоначальной геометрической формы изделия в целом.

В части некоторых возражений, выдвинутых экспертами в своих решениях 1957-58 гг. так и в порядке предварения возможных возражений, следует отметить следующее:

а) Действительно, трапециевидная форма сечения заготовки получается и по способу согласно авт. св. N 90806, кл. 38а,5, 1950 (фиг.17). Но технология "разворачивания кряжа" и сложна и неоднородна, имея переменные параметры настройки оборудования на каждую последующую выпиливаемую заготовку. К тому же, эта технология не решает проблемы минимального влияния сучков на полезный выход древесины, так как заготовки "обращены" к сучкам широкими пластями.

б) Трапециевидная форма делянок (клепок) бочкотары в бондарном производстве определяется самой формой бочки в сечении (в виде окружности фиг.29), где одна клепка выделена жирной линией. Однако это сходство чисто внешнее. Специфических требований к жесткой ориентации заболонной и сердцевинной древесины относительно пластей клепки нет, поскольку подавляющее количество бочкотары эксплуатируется в условиях влажности древесины свыше 30% когда не возникает процесс коробления древесины.

в) Возможное возражение экспертов, что не усматривается положительное эффекта вследствие большого объема слабомеханизированного труда (индивидуальный подход к раскрою кряжа выполнение радиальных продольных пропилов, развал подсушенного кряжа на секторы-заготовки, бандаржирование концевых участков кряжей и т.п.) не может приниматься во внимание, так как резкое повышение цены на сырье ставит во главу угла необходимость достижения максимального полезного выхода древесины путем диференцированного подхода к раскрою каждого кряжа на делянки и рационального использования каждой делянки.