Основные части растущего дерева, выполняемые ими функции и промышленное использование. Плотность древесины и методы её определения. Пиломатериалы хвойных пород общего назначения, их обмер, учёт и маркировка

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Основные части растущего дерева, выполняемые ими функции и промышленное использование

Растущее дерево состоит из кроны, ствола и корней. При жизни дерева каждое из этих частей выполняет свои определенные функции и имеет различное промышленное применение. Крона - совокупность ветвей, одетых листьями (хвоей). В зеленых листьях в процессе фотосинтеза образуются сложные органические вещества, необходимые для жизни и роста дерева. Ствол - это часть дерева от корней до вершины, несущая на себе ветви. Ствол растущего дерева проводит воду с растворенными минеральными веществами вверх (восходящий ток), а с органическими веществами - вниз по лубу к корням (нисходящий ток); хранит запасные питательные вещества; служит для размещения и поддержания кроны. Он дает основную массу древесины и имеет промышленное значение. Верхняя тонкая часть ствола называется вершиной, нижняя толстая часть - комлем. Корни представлены системой, которая включает в себя мелкие корешки, всасывающие воду с растворенными минеральными веществами, и толстые корни, которые удерживают ствол в вертикальном положении, проводят воду и хранят запасы питательных веществ. Корни используются как вторичное топливо. Пни и крупные корни сосны через некоторое время после валки деревьев служат сырьем для получения канифоли и скипидара.

2. Плотность древесины и методы её определения. Связь между прочностью и плотностью

Плотность характеризуется массой единицы объема материала и имеет размерность кг/м3 или г/см3. Это один из важнейших показателей качества древесины. Плотность влияет на многие физико-механические свойства древесного сырья, что дает возможность использовать ее при прочностной сортировке пиломатериалов. Отношение между плотностью и прочностью (в пределах одной породы) выражается вполне определенной математической зависимостью (степенной). Существование связи между различными физико-механическими свойствами позволяет при контрольных испытаниях ограничиваться лишь определением плотности и прочности при сжатии вдоль волокон, а далее использовать расчетные формулы.

Однако в европейских стандартах предусмотрена другая характеристика, опосредованно связанная с плотностью, -- прирост (средняя ширина слоев роста). Объясняется это тем, что измерения прироста, выполняемые при сортировке, существенно менее трудоемки, чем измерения плотности. Некоторые российские специалисты считают такой подход не вполне корректным, потому что нет однозначной связи между приростом и физико-механическими свойствами древесины. Тем не менее Центр по экспертизе и стандартизации «Лесэксперт» предложил для опытного внедрения инструкцию, устанавливающую классификацию качества лесоматериалов одной породы по признаку «прирост». Почему необходима такая классификация? Дело в том что плотность и другие физико-механические свойства довольно заметно разнятся не только у различных пород, но и у деревьев одной и той же породы. Плотность древесины одной породы зависит от места произрастания деревьев (климатических и почвенных условий), от плотности насаждений и т. д. Агрохимические мероприятия, ускоряющие рост дерева при искусственном воспроизведении, снижают плотность древесины. Даже в пределах одного ствола плотность древесины разных его частей может различаться. Плотность убывает от комля к вершине, от коры к центру ствола. Поэтому данные, которые приводятся в различных источниках, - усредненные, часто они также имеют указание о месте, из которого происходит древесина.

Поскольку плотность древесины существенно зависит от се влажности, в справочниках приводятся значения, измеренные при нормализованной (стандартной) влажности -- 12%. Кроме этого значения можно встретить плотность абсолютно сухой древесины (р0) и базисную плотность (рб).

Что такое базисная плотность?

Она выражается отношением массы абсолютно сухого образца к его объему при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок (см. статью «Влажность древесины» в предыдущем номере нашего журнала). Па первый взгляд, эта характеристика кажется искусственной, но она имеет вполне определенный физический смысл, характеризуя количество (массу) сухой древесины в единице объема свежесрубленной или максимально разбухшей древесины.

Базисная плотность широко используется для расчетов процессов сушки, пропитки древесины, определения содержания сухого вещества в древесном сырье для целлюлозно-бумажной промышленности и других целей.

Методы измерения плотности.

Измерение плотности проводятся согласно ГОСТ 16483.1-84 на образцах, имеющих форму четырехгранной прямоугольной призмы с основанием 20x20 мм и высотой вдоль волокон 30 мм, грани которой гладко остроганы. Сначала образец выдерживают до влажности 12%±1%, измеряют его размеры и взвешивают. По размерам вычисляют объем, а затем получают значение р|2. После этого образец увлажняют в дистиллированной воде до тех нор, пока разница в его размерах, полученных с интервалом 3 суток, не окажется в пределах 0,1 мм. По новым размерам образца определяют его максимальный объем. Затем Образец высушивают до нулевой влажности и взвешивают. По массе абсолютно сухого образца и его максимальному объему определяют базисную плотность. Сразу после взвешивания его еще раз измеряют и вычисляют плотность абсолютно сухой древесины. Как видите, процедура не из легких. Поэтому приходится мириться с тем, что показатель прироста не всегда строго согласуется с плотностью древесины и, следовательно, с ее прочностными свойствами.

Существуют методы определения плотности с применением рентгеновского и в в-излучения. Они более точны, но еще более трудоемки и дороги.

Классификация пород по плотности.

Значения плотности разных пород древесины отличаются весьма существенно. По плотности древесины при стандартной влажности породы принято делить на три группы:

- породы с малой плотностью (540 кг/м3 и менее): из хвойных -- сосна, ель (все виды), пихта (все виды), кедр (все виды), можжевельник обыкновенный; из лиственных -- тополь (все виды), липа (все виды), ива (все виды), осина, ольха черная и белая, каштан посевной, орех белый, серый и маньчжурский, бархат амурский;

- породы средней плотности (540-740 кг/м3): из хвойных -- лиственница (все виды), тис; из лиственных -- береза повислая, пушистая, черная и желтая; бук восточный и европейский, вяз, груша, дуб летний, восточный, болотный, монгольский; ильм, карагач, клен (все виды), лещина, орех грецкий, платан, рябина, хурма, яблоня, ясень обыкновенный и маньчжурский;

- породы высокой плотности (750 кг/м3 и выше): акация белая и песчаная, береза железная, гледичия каспийская, гикори белый, граб, дуб каштанолистный и араксинский, железное дерево, самшит, фисташка, хмелеграб.

Среди иноземных пород имеются такие, древесина которых имеет как очень малую плотность (бальса -- 120 кг/ м3), так и очень высокую (бакаут -- 1300 кг/м3).

В таблицах Государственной системы стандартных справочных данных (ГСССД), издаваемых Госстандартом России («Древесина. Показатели физико-механических свойств малых образцов без пороков»), приводятся более подробные сведения о плотности древесины с указанием вида древесной породы и района ее произрастания.

Плотность коры исследована гораздо меньше, чем древесины. Имеющиеся данные отличаются большой пестротой.
Сравнение этих данных со средней плотностью древесины при стандартной влажности показывает, что плотность коры сосны на 30-35% больше, чем древесины, ели - на 60-65%, а березы - на 15-20%.

3. Прочность древесины при сжатии, растяжении вдоль и поперек волокон, статическом изгибе, сдвиге

Прочностью называется способность древесины сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Прочность древесины зависит от направления действующей нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков. Она характеризуется пределом прочности -- напряжением, при котором разрушается образец.

Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20...25 %). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30 %) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины.

Кроме влажности на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок. Поэтому при проведении испытаний древесины придерживается заданной скорости нагружения на каждый вид испытания.

Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание.

Предел прочности при растяжении. Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон (ГОСТ 16483.23--73) для всех пород составляет 130 МПа. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности.

Прочность древесины при растяжении поперек волокон (ГОСТ 16483.28--73) очень мала и в среднем составляет 1/2о предела прочности при растяжении вдоль волокон, т.е. 6,5 МПа. Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперек волокон. Прочность древесины поперек волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.

Предел прочности при сжатии (ГОСТ 16483.10--73). Различают сжатие вдоль и поперек волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдельных волокон; во влажных образцах и образцах из мягких и вязких пород оно проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в твердой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой.

Прочность древесины при сжатии поперек волокон ниже, чем вдоль волокон, примерно в восемь раз. При сжатии поперек волокон не всегда можно точно установить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза.

Древесину испытывают на сжатие поперек волокон в радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангенциальном; у хвойных, наоборот, прочность выше при тангенциальном сжатии.

Предел прочности при статическом изгибе (ГОСТ 16483.3--84). При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжения сжатия, а нижние -- растяжения вдоль волокон. Примерно по середине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон.

Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. Прочность при изгибе в два раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперек волокон и перерезание.

Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1 /5 прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), скалывание по тангенциальной плоскости на 10...30 % выше, чем по радиальной.

Предел прочности при скалывании поперек волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперек волокон в четыре раза выше прочности при скалывании вдоль волокон.

По степени твердости торцовой поверхности все древесные породы при 12 %-ной влажности можно разделить на три группы: мягкие (торцовая твердость 40 Н/мм2 и менее) -- сосна, ель, кедр, пихта, тополь, липа, осина, ольха; твердые (торцовая твердость от 40 до 80 Н/мм2) -- лиственница сибирская, береза, бук, вяз, ильм, карагач, клен, яблоня, ясень; очень твердые (торцовая твердость более 80 Н/мм2) -- акация белая, береза железная, граб, кизил, самшит, тис и др.

Твердость древесины имеет существенное значение при обработке ее режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц, перил.

Способность древесины удерживать металлические крепления. При вбивании гвоздя в древесину перпендикулярно волокнам они частично перерезаются, частично изгибаются; волокна древесины раздвигаются и оказывают на боковую поверхность гвоздя давление, которое вызывает трение, удерживающее гвоздь в древесине. При испытании древесины определяют усилие в ньютонах или удельное усилие в мегапаскалях, необходимое для выдергивания гвоздя или шурупа данных размеров.

4. Пиломатериалы хвойных пород общего назначения, их обмер, учёт и маркировка

пиломатериал древесный ординарный

Пиломатериалы разделяют на пилопродукцию общего и специального назначения; первые из них вырабатывают по унифицированным стандартам ГОСТ 8486-66 (хвойные породы) и ГОСТ 2695-71 (лиственные), вторые -- по специальным стандартам. Длина пиломатериалов хвойных пород 1-6,5 м с градацией 0,25 м, для тары 0,5 м с градацией 0,1 м, поперечные сечения пиломатериалов хвойных и лиственных пород даны в ГОСТ 8486-66 и 2695-71. Доски и бруски, вырабатываемые по ГОСТ 8486-66, разделяют на пять сортов (отборный, 1,2,3, 4-й), брусья -- на четыре (1, 2, 3, 4-й), доски и бруски лиственных пород -- на три (1, 2, 3-й). Качество древесины и класс шероховатости определяют по худшей пласти, а у палубных пиломатериалов -- по лучшей пласти верхней половине кромки. Сортообразующие пороки (сучки, трещины, пороки строения древесины, химические окраски, грибные поражения, повреждения насекомыми, инородные включения, дефекты и деформации) нормируют в каждом сорте на протяжении м. или всей длины сортимента (нормы указаны в таблицах технических требований соответствующих стандартов).

Заготовки из древесины (пиломатериал размеров и качества, соответствующих изготовляемым деталям и изделиям, и с припусками на обработку и усушку) вырабатывают из основных хвойных и лиственных пород. По видам обработки различают заготовки: пиленые, клееные (несколько мелких заготовок склеивают по длине, ширине и толщине), калиброванные (из предварительно фрезерованных и калиброванных по пластям пиломатериалов). Размеры заготовок лиственных и хвойных пород при влажности 15% даны в ГОСТ 9685-61 и 7897-71. Заготовки хвойных пород вырабатывают четырех групп качества (1, 2, 3, 4-я). Технические требования к качеству древесины и обработки установлены для одинарных заготовок и для худшей пласти и кромки, за исключением заготовок для лицевых деталей мебели и паркетных покрытий, качество которых определяют по лучшей пласти. Нормы допускаемых пороков возрастают от к 4-й группе качества для заготовок хвойных пород (ГОСТ 9685-61) и от к 3-му сорту лиственных (ГОСТ 7897-71). Длину пиломатериалов и заготовок измеряют по наименьшему расстоянию между торцами с соблюдением величины градации; ширину обрезных пиломатериалов и заготовок с параллельными кромками -- в любом месте по длине, где нет обзола, но не ближе 150 мм от торца; ширину необрезанных пиломатериалов -- посредине длины (без учета коры) и определяют как полусумму ширины пластей, при этом величины менее 5 мм не учитывают, 5 мм и более считают за 10 мм. Толщину пиломатериалов и заготовок измеряют в любом месте по длине, но не ближе 150 мм от торца. Объем заготовок разных сечений, предусмотренных стандартами, и пиломатериалов (досок, брусков, обрезных брусьев) определяют по таблицам объемов (ГОСТ 5306-64) в метрах кубических одной штуки или м.; объем пластин и четвертин -- по таблицам круглых лесоматериалов (ГОСТ 2708-75) с уменьшением в 2 или 4 раза. Маркировке подлежат пиломатериалы длиной от м. и заготовки любой длины. Условный знак сорта или группы качества наносят на один из торцов или на пласть отбойным клеймом либо несмываемой краской. На торец пиломатериалов и заготовок толщиной до 25 мм наносят вертикальные полосы, при большей толщине -- точки. Погрузку, выгрузку и перевозку пиломатериалов или заготовок на всех видах транспорта осуществляют пакетами, причем в каждый укладывают пиломатериалы или заготовки одной породы, толщины, ширины, сорта и не более четырех смежных. С согласия потребителя допускается укладка пиломатериалов или заготовок разных пород, сорта и ширины при условии сохранения одинаковой ширины всех рядов пакета. Сухие пиломатериалы и заготовки при перевозке защищают от атмосферных осадков и загрязнений. Хранение пиломатериалов и заготовок предусматривает выполнение мероприятий, препятствующих растрескиванию, короблению и поражению грибами (для хвойных пород ГОСТ 3808, 1-75, лиственных ГОСТ 7319-74). На открытых складах осуществляется атмосферная сушка пиломатериалов, поэтому важное значение имеют выбор места склада, планировка групп штабелей при поштучной и пакетной укладке с учетом господствующих ветров. Пиломатериалы и заготовки, предназначенные для транспортирования и хранения при влажности выше 22-25%, подвергаются антисептированию способом погружения (ГОСТ 10950-78).

Размещено на Allbest.ru