ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛАЖНОСТИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ ЛИСТВЕННЫХ ПОРОД ДРЕВЕСИНЫ ПРИ КОНВЕКТИВНО–АТМОСФЕРНОЙ СУШКЕ

Пигина Дарья Андреевна

студент 5 курса, кафедра дизайна и технологии художественной обработки материалов САФУ, г. Архангельск

Галашев Александр Николаевич

научный руководитель, канд. техн. наук, доцент кафедры дизайна и художественной обработки материалов САФУ, г. Архангельск

Влажность древесины в значительной степени определяет свойства и возможности применения пиломатериалов, получаемых в результате механической обработки стволовой древесины. В связи с этим, одной из операций технологического процесса переработки пиломатериалов является сушка. На промышленных предприятиях, где перерабатываются значительные объемы древесины, преимущественно применяется конвективно-тепловой (камерный) способ сушки. При небольших объемах, в отсутствии сушильных камер, пиломатериалы подвергаются атмосферной сушке.

Исследования и их результаты, представленные в данной работе, были выполнены в реальных условиях действующих учебно-производственных мастерских Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова в рамках практических занятий по учебной дисциплине «Основы научных исследований», предусмотренных учебным планом специальности «Технология и предпринимательство».

В названном подразделении САФУ осуществляется индивидуальное и мелкосерийное производство мебели и сувениров, а так же деталей столярных изделий из древесины. Весной 2012 года в мастерские, в качестве сырья, поступила партия необрезных пиломатериалов. В результате удаления обзола на круглопильном станке Ц6-2 были получены обрезные пиломатериалы. Измерения показали, что влажность досок превышает значение транспортной влажности (20—20 %) и их использование в таком состоянии неминуемо приведет к снижению качества продукции в виде коробления, растрескивания и т. п. Поэтому было принято решение о размещении пиломатериалов на высушивание непосредственно в цехе станочной обработки.

Целью проводимого исследования являлось установление характера изменения влажности древесины пиломатериалов, получение аналитических зависимостей процесса сушки и выработки практических рекомендаций по определению сроков сушки.

Объектом исследования, как уже отмечалось ранее, являлись обрезные пиломатериалы из древесины осины и березы, длиной 5 м, шириной от 220 до 250 мм, толщиной 532 мм. Доски были уложены в два отдельно сформированных контрольных пакета по 25 штук в каждом, с разделением междурядными прокладками из реек ЛДСП толщиной 20 мм.

Пакеты размещались в отапливаемом помещении цеха, температура воздуха в течении всего периода наблюдений находилась в пределах от +19 до +21^о С, относительная влажность воздуха — от 43 до 52 %.

Измерение влажности осуществлялась при помощи электронного игольчатого измерителя влажности «GANN Compact» с точностью до 0,1 %. Влажность измерялась в трех точках на продольной оси пласти и в пяти точках кромки доски, расположенных уступом. Схема размещения контрольных точек по поверхности досок представлена на рисунке 1. Полученные значения влажности фиксировались в журнале наблюдений с последующей обработкой (отбрасывание ошибочных, определение среднего) отдельно по пласти и кромке.

Рисунок 1. Схема расположения точек замера влажности

Первоначально контролю подвергались все доски пакетов, но затем, для снижения трудоемкости обработки экспериментальных данных и учитывая, что характер изменения влажности зависит от расположения досок в пакете, было принято решение о проведении контроля девяти досок в пакете: четыре на внешней поверхности, четыре в средней зоне пакете и одна в центре. Схема расположения досок с контролируемой влажностью (обозначены знаком «+») представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема размещения контрольных досок в пакете

Формирование пакетов и первые измерения были выполнены 4 апреля. Последующие измерения проводились 12 и 25 апреля, 22 мая. Таким образом, общая продолжительность эксперимента состояла из трех периодов различной величины. Это обусловлено рядом объективных обстоятельств, связанных с учебным расписанием и режимом работы мастерских.

Целью сушки исследуемых пиломатериалов являлось снижение их влажности до значений, предусмотренных нормативным документом [2], то есть в пределах от 8 до 12 % в зависимости от вида производимых заготовок. Результаты наблюдений представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Влажность пиломатериалов W, %

Для того, чтобы повысить информативность и облегчить интерпретацию результатов исследования определялась скорость изменения контролируемого параметра. То есть определялась скорость снижения влажности древесины осины и березы отдельно по каждому периоду. Результаты расчета представлены в таблице 2.

Анализируя табличные значения можно сделать следующие выводы.

1.  В начале процесса сушки более интенсивная потеря влажности наблюдается по кромке досок. Во второй половине процесса скорости сушки пласти и кромки становятся практически одинаковыми.

Таблица 2.

Скорость изменения влажности V, % / сут

2.  Чем выше влажность древесины, тем выше скорость ее изменения при конвективно-атмосферной сушке.

3.  Не смотря на то, что осина и береза относятся к одной сушильной группе древесных пород — второй [4, с. 176], влагоотдача у осины выше, чем у березы, очевидно, это связано с более высокой плотностью.

4.  За весь период наблюдения, требуемая величина влажности не была получена в центральной части пакета у березы (4 % от объема пакета) и центральной и нижней частей у осины (25 % от объема пакета). Можно предположить, что к концу всего периода сушки древесина достигла равновесной влажности, дальнейшее снижение стало невозможным при сложившихся условиях окружающей среды.

На заключительном этапе исследований проводилась аппроксимация зависимости влагосодержания древесины пиломатериалов от продолжительности сушки с целью получения уравнений регрессии с помощью программ пакета Mathcad [1]. Оказалось, что из рассмотренных линейного, параболического, логарифмического, степенного и экспоненциального, максимальным значением коэффициента детерминации R² обладают экспоненциальные уравнения. Значения коэффициентов уравнения регрессии вида W=ae^bT и детерминации представлены в таблице 3. Последующая проверка адекватности [3] принятых зависимостей подтвердила их пригодность.

Таблица 3.

Параметры уравнений регрессии

На рисунке 3 представлены графические зависимости изменения влажности древесины осины и березы, построенные по уравнениям регрессии с параметрами таблицы 3.

Состояние пиломатериалов по окончании сушки к 22 мая позволило большую их часть использовать для переработки. Оставшаяся часть должна была быть оставлена до снижения влажности ниже 12 %. Стоит отметить, что на всех досках в контролируемых пакетах были замечены торцевые трещины длиной до 70 мм, крыловатость и коробление отсутствовали. Можно в дальнейшем рекомендовать изменять положение досок в пакете с тем, чтобы обеспечить равномерную сушку всего объема пиломатериалов.

Рисунок 3. Графическая зависимость влажности древесины от срока сушки

В заключении обращаем внимание на то, что полученные результаты исследований могут иметь применение с соблюдением тех же условий по параметрам древесных материалов и условий окружающей среды.

Методика, аналитические и графические зависимости могут быть использованы в дальнейших исследованиях и при практическом определении режимов сушки пиломатериалов в малообъемном производстве.

Список литературы:

1.Воскобойников Ю.Е. Регрессионный анализ данных в пакете Mathcad: учебное пособие. СПб.: Лань, 2011. — 224 с.

2.ГОСТ 7319-80. Пиломатериалы и заготовки лиственных пород. Атмосферная сушка и хранение. Введ. 01.01.81. — с поправк. и дополн. — М.: Изд-во стандартов, 1989. — 26 с.

3.Пижурин А.А., Розенблит М.С. Исследования процессов деревообработки. М.: Лесная промышленность, 1984. — 232 с.

4.Справочник по лесопилению / под ред. Хасдана С.М. М.: Лесная промышленность, 1980. — 424 с.