Курсовая работа: Строение, основные свойства и применение древесины

Прочность древесины при сжатии. Испытание древесины на сжатие вдоль волокон является наиболее распространенным. Это объясняется простотой приложения нагрузки, а также и тем, что древесина оказывает большое сопротивление сжатию волокон.

Для испытания на сжатие используют образец в форме прямоугольной призмы с основанием 20×20 мм и высотой (вдоль волокон) 30 мм (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Образец для испытания на сжатие вдоль волокон

Средняя величина предела прочности для всех пород составляет 50 Мпа (при влажности 12 %). Прочность древесины при сжатии поперек волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 10 раз. В таблице 2.9 приведена прочность древесины при сжатии вдоль волокон [6].

Таблица 2.9– Прочность древесины при сжатии вдоль волокон

Порода	Предел прочности при влажности, %
	12	30 и более
Лиственница	64,5	25,5
Сосна	48,5	21,0
Пихта сибирская	39,0	17,5
Граб	60,0	26,5
Ясень	59,0	32,5
Бук	55,5	26,0
Липа	45,5	24,0
Ольха	44,0	23,5
Осина	42,5	19,0
Ель	44,5	19,5
Кедр	42,0	18,5
Акация белая	75,5	41,5
Клен	59,5	28,0
Дуб	57,5	31,0
Орех грецкий	55,0	24,0
Береза	55,0	22,5
Вяз	48,0	25,0
Тополь	39,0	18,0

Из данных таблицы 2.8 видно, что наибольший предел прочности при сжатии вдоль волокон при влажности 12 % имеет акация белая, а наименьший – тополь и пихта сибирская. При влажности 30 % и более наибольшей прочностью обладает акация белая, а наименьшей – пихта сибирская.

Прочность древесины при статическом изгибе. Испытания проводят на образцах прямоугольного сечения размером 20×20×300 мм. Образец располагают на опорах и нагружают двумя нажимными ножами (рисунок 2.5)

Излом может быть защепистым, что свидетельствует о высоком качестве древесины, и гладким с небольшими тупыми выступами у древесины низкого качества. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 100 МПа, т.е. в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Кроме обычного поперечного изгиба, когда волокна древесины направлены вдоль оси бруска, встречаются случаи работы древесины на изгиб, когда волокна ее направлены поперек оси бруска.

Рисунок 2.5 – Схема испытания древесины на статический изгиб

Предел прочности на изгибе в последнем случае составляет 4-5 % от предела прочности при обычном изгибе. В таблице 2.10 представлены данные по прочности древесины при статическом изгибе [6].

Таблица 2.10 – Прочность древесины при статическом изгибе

Порода	Предел прочности, МПа, при влажности, %
	12	30 и более
Лиственница	111,5	61,5
Сосна	86,0	49,5
Ель	79,5	44,0
Кедр	73,5	42,5
Пихта сибирская	68,5	40,5
Акация белая	158,0	97,5
Граб	137,0	73,5
Ясень	123,0	74,5
Клен	120,0	77,5
Орех грецкий	110,0	60,5
Береза	109,5	59,5
Бук	108,5	64,5
Дуб	107,5	68,0
Вяз	95,5	59,0
Липа	88,0	54,0
Ольха	80,5	49,5
Осина	78,0	45,5
Тополь	69,0	40,5

Из данных таблицы 2.10 видно, что при влажности 12, 30 % и более наибольшей прочностью при статическом изгибе обладает акация белая, а наименьшей – пихта сибирская и тополь.

Прочность древесины при сдвиге. При испытаниях на сдвиг к образцу прикладываются две равные и противоположно направленные силы, вызывающие разрушение в параллельной им плоскости. Различают три случая сдвига (рисунок 2.6): скалывание вдоль и поперек волокон, и перерезание.

Рисунок 2.6 – Случаи сдвига древесины: а – скалывание вдоль волокон; б – скалывание поперек волокон; в – перерезание поперек волокон

Скалывание вдоль волокон – одно из важнейших механических свойств древесины. Для испытания на скалывание вдоль волокон используют образец, форма и размеры которого показаны на рисунке 2.7. В образце измеряют ширину b и длину l площади скалывания, после чего он устанавливается в специальном приспособлении и доводится до разрушения.

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

Рисунок 2.7 – Образец для испытания древесины на скалывание вдоль волокон

Предел прочности при скалывании поперек волокон примерно в 2 раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперек волокон в 4 раза выше прочности при скалывании вдоль волокон. В таблице 2.11 представлены данные по прочности древесины при скалывании вдоль волокон [7].

Таблица 2.11 – Прочность древесины при скалывании вдоль волокон

Порода	Предел прочности, МПа, при скалывании в плоскости
	радиальной при влажности, %		тангенциальной при влажности, %
	12	30 и более	12	30 и более
Лиственница	9,9	6,3	9,4	5,8
Сосна	7,5	4,3	7,3	4,5
Ель	6,9	4,1	6,8	4,4
Кедр	6,6	4,0	7,0	4,3
Пихта сибирская	6,4	4,5	6,5	4,2
Граб	15,6	8,8	19,4	10,6
Ясень	13,9	9,4	13,4	8,7
Клен	12,4	8,4	14,2	9,0
Бук	11,6	7,0	14,5	8,9
Орех грецкий	11,0	5,9	11,6	6,1
Дуб	10,2	7,2	12,2	9,0
Береза	9,3	5,0	11,2	5,9
Вяз	9,1	6,5	10,2	7,3
Груша	8,9	5,6	14,2	8,1
Липа	8,6	5,6	8,1	5,0
Ольха	8,1	5,2	10,0	6,3
Осина	6,3	3,6	8,6	5,0
Тополь	6,1	3,4	7,2	4,2

Из данных таблицы 2.11 видно, что наибольший предел прочности в радиальной плоскости при влажности 12 % имеет граб, при 30 %

Твердость. Твердость – это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определенной формы. Твердость торцовой поверхности выше твердости боковой поверхности (тангенциальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных. По степени твердости все древесные породы можно разделить на три группы:

мягкие – торцовая твердость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан);

твердые – торцовая твердость 40,1 - 80 МПа (лиственница, сибирская береза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клен, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень);

очень твердые – торцовая твердость более 80 МПа (акация белая, береза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

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.

Ударная вязкость. Ударная вязкость характеризует способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения. Определяется при испытаниях на изгиб. Чем больше требуется затратить работы на разрушение образца, тем выше вязкость.

По характеру излома можно судить о качестве древесины. Вязкая древесина дает защепистый излом, хрупкая древесина дает гладкий (раковистый) излом. Древесина лиственных пород обладает большей вязкостью (примерно в 1,5-2 раза) по сравнению с древесиной хвойных пород.

Износостойкость древесины – способность поверхностных слоев противостоять износу, т.е. разрушению в процессе трения.

Износостойкость зависит от плотности и твердости, направления по отношению к волокнам, а также от влажности. С увеличением плотности износ и твердости с поверхности древесины уменьшается. Влажность древесины облегчает ее износ. Износ древесины с боковой поверхности больше, чем с торцовой.

Способность древесины удерживать металлические крепления. При забивании гвоздя в древесину ее волокна частично перерезаются, изгибаются, разрушаются, возникают упругие деформации и на Бокову. Поверхность гвоздя эти деформации оказывают давление, которое вызывает трение, удерживающее гвоздь в древесине.

Величина сопротивления выдергиванию зависит от направления гвоздя или шурупа по отношению к волокнам, породы древесины и плотности. Для выдёргивания гвоздя, вбитого вдоль волокон, требуется меньшее усилие (на 10-50 %) по сравнению с усилием, необходимым для выдергивания такого же гвоздя, забитого поперек волокон. Чем больше плотность древесины, тем выше сопротивление выдергиванию гвоздя или шурупа.

Повышение влажности древесины облегчает вбивание гвоздя в нее. При высыхании древесины способность ее удерживать гвозди уменьшается, так как происходит перерождение упругих деформаций в остаточные, и трение, удерживающее гвоздь, уменьшается.

Способность древесины гнуться. Способность древесины гнуться позволяет гнуть ее. Более высокой способностью гнуться отличается древесина кольцесосудистых пород - дуба, ясеня и др., а из рассеянно-сосудистых – бука. Хвойные породы обладают меньшей способностью к загибу. Гнутью подвергают древесину, находящуюся в нагретом и влажном состоянии. Это увеличивает податливость древесины и позволяет вследствие перерождения при последующем охлаждении и сушке под нагрузкой зафиксировать новую форму детали.

Способность древесины раскалываться. Это древесины имеет практическое значение, так как некоторые сортименты ее заготовляют раскалыванием (клепка, обод, спицы, дрань и др.).

Раскалывание может проходить по радиальной и тангенциальной плоскостям. Сопротивление раскалыванию по радиальной плоскости у древесины лиственных пород меньше, чем по тангенциальной. Это объясняется влиянием сердцевинных лучей (у дуба, бука, граба). У хвойных пород, наоборот, раскалывание, по тангенциальной плоскости меньше, чем по радиальной. При тангенциальном раскалывании у хвойных пород разрушение происходит по ранней древесине, прочность которой значительно меньше прочности поздней древесины.

Изменчивость свойств древесины. Древесина – материал живой природы и поэтому ее свойства меняются от различных факторов. Эти свойства неодинаковы для различных древесных пород, но и в пределах одной породы они различны. Свойства древесины изменяются от возраста, условий произрастания, времени, рубки и т.д. Условия произрастания включают качество и состояние почвы, климатические особенности, тип леса, высоту над уровнем моря.

Показатели физико-механических свойств древесины в той или иной степени связаны с ее плотностью. Так, по высоте ствола плотность древесины уменьшается в направлении от комля к вершине. По радиусу ствола свойства также меняются. На плотность древесины оказывает влияние форма ствола и характер развития кроны.

3. МАТЕРИАЛЫ, ПОЛУЧАЕМЫЕ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

3.1 Круглые лесоматериалы

Ствол поваленного (срубленного) дерева, у которого отделены корни, вершина и сучья, называется хлыстом. Хлысты подразделяются на три группы в зависимости от выхода деловой древесины (таблица 3.1) [7].

Таблица 3.1 – Нормы выхода деловой древесины из хлыстов

Группа качества	Выход деловой древесины из хлыста, %
	хвойных пород	мягких лиственных пород	твердых лиственных пород
I	Не менее 80	Не менее 60	Не менее 70
II	От 79 до 50	От 59 до 40	От 69 до 40
III	Менее 50	Менее 40	Менее 40

По данным таблицы 3.1 можно увидеть, что наибольший выход деловой древесины из хлыста имеют хвойные породы, а наименьший может быть у мягких лиственных пород.

Хлысты поставляют в неокоренном виде. В них допускается кривизна более 5 % длины хлыста, ядровая гниль, занимающая более 65 % площади нижнего торца, и наружная трухлявая гниль. Хлысты учитывают в кубических метрах; объем определяют по длине и толщине хлыста на расстоянии 1,3 м от нижнего торца с помощью соответствующих таблиц поштучно, а также групповыми методами.

При разделке хлыстов получают круглые сортименты в виде бревен, кряжей и балансов. Бревнами называют сортименты, предназначенные для использования в круглом виде или в качестве сырья для выработки пиломатериалов общего назначения. Кряжами называют сортименты, которые используются для выработки специальных видов лесной продукции (авиационных пиломатериалов, шпал, лущеного или строганого шпона, спичек и др.). Сортименты, соответствующие по длине рабочим размерам деревообрабатывающего оборудования, называют чураками. Балансы – это круглые (или колотые) сортименты, предназначенные для переработки на целлюлозу и древесную массу. Долготье представляет собой отрезок хлыста, длина которого кратна длине получаемого сортимента и включает припуск на разделку. В строительстве и сельском хозяйстве используют тонкомерные сортименты (диаметром 6-13 см) – жерди.

Круглые лесоматериалы по толщине (диаметру, измеренному на верхнем торце) делятся на мелкие – толщиной от 6 до 13 см; средние – от 14 до 24 см; крупные – от 26 см и более.

Длина лесоматериалов зависит от их назначения и колеблется от 0,5 (для изготовления лож) до 17 м (мачты судов).

К круглым лесоматериалам относится также технологическое сырье для различных производств, заготовляемое из низкокачественной древесины. Оно предназначено для производства древесных плит, тарных лесоматериалов и продуктов гидролиза.

3.2 Пиленые лесоматериалы (пилопродукция)

Различают три вида пиленой продукции, которые по возрастающей степени готовности к дальнейшему использованию в изделиях и сооружениях располагаются в следующем порядке: пиленые материалы (пиломатериалы), пиленые заготовки и пиленые детали.

Пиломатериалы получают путем раскроя бревен; заготовки вырабатывают из пиломатериалов; детали – из заготовок или непосредственно из круглых лесоматериалов. Пиленые заготовки отличаются от пиломатериалов тем, что по размерам и качеству соответствуют будущим конкретным деталям с припусками на усушку и механическую обработку. Пиленые детали в отличие от заготовок не требуют дальнейшей механической обработки.

Пиленые материалы. Пиломатериалы делятся на пиломатериалы общего назначения и специальные (авиационные, резонансные)

Пиломатериалы общего назначения по форме и размерам поперечного сечения делят на доски – если ширина вдвое больше толщины (рисунок 3.1, г,д,е,ж), бруски – если ширина меньше двойной толщины (рисунок 3.1,з) и брусья (у хвойных пиломатериалов) – если ширина и толщина более 100 мм. По числу пропиленных сторон брусья (рисунок 3.1,а,б,в) могут быть двухкантнами, трехкантными и четырехкантными.

Обапол – это крайняя часть бревна, остающаяся при распиловке досок, прирезанная по длине и предназначенная для крепления горных выработок. Обапол может быть двух видов: горбыльный с непропиленой наружной поверхностью (рисунок 3.1,и) и дощатый (рисунок 3.1,к) с пропиленной более чем на половину длины наружной поверхностью. Обапол изготовляется из древесины хвойных пород; он должен быть окорен, опилен с торцов и очищен от сучьев вровень с наружной поверхностью.

Пиленые заготовки. В виде товарной продукции выпускаются заготовки общего и специального назначения.

Заготовки общего назначения изготавливаются из хвойных и лиственных пиломатериалов. Они предназначены для изготовления деталей, применяемых в строительстве, вагоно-, авто-, судо-, обозо- и сельхозмашиностроении, производстве мебели, паркета. По виду обработки заготовки различаются на пиленые, полученные путем пиления, и калиброванные, простроганные (профрезерованные) после пиления для придания точных размеров по толщине и ширине. Кроме того, выпускаются клееные заготовки, изготовленные из нескольких более мелких заготовок склеиванием их по длине, ширине или толщине. Такие заготовки по существу представляют композиционные материалы.

Рисунок 3.1 – Виды пилопродукции: брусья: а – двухкантный; б – трехкантный; в – четырехкантный; доски: г – необрезная; д – чисто обрезная; е – обрезная с тупым обзолом; ж – обрезная с острым обзолом; з – брусок; и – обапол горбыльный; к – обапол дощатый; л – шпала необрезная; м – шпала обрезная

По размерам поперечного сечения различают заготовки тонкие (толщина до 32 мм включительно) и толстые. Кроме того, выделяют досковые – шириной более двойной толщины и брусковые – шириной менее двойной толщины.

Длина заготовки установлена от 0,3 м (у хвойных – от 0,5 м) до 1 м с градацией 50 мм, а свыше 1 м с градацией 100 мм.

Заготовки специального назначения разделяются на: заготовки авиационные хвойных и лиственных пород; заготовки для лыж; лыжные заготовки; заготовки деревянные резонансные для музыкальных инструментов; заготовки для весел, деревянных деталей колес конных повозок; бруски для ткацких челноков; шпуль и катушек; каблуков; секторы для обувных колодок.

Заготовки резонансные предназначаются для изготовления дек клавишных, щипковых и смычковых инструментов. Вырабатывают заготовки из древесины ели и пихты кавказкой, кедра сибирского.

Пиленые детали. К пиленым деталям относят шпалы и переводные брусья железных дорог, планки для снегозадерживающих щитов и др.

Шпалы для железных дорог широкой колеи могут быть трех типов: 1 – для главных путей, 2 – для станционных и подъездных путей, 3 – для малодеятельных подъездных путей промышленных предприятий. Шпалы также подразделяются на необрезные (рисунок 3.1,л), пропиленные только с двух противоположных сторон, и обрезные (рисунок 3.1,м), пропиленные со всех четырех сторон.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6