Качество изделий из древесины

Часть 1. Качество древесины

Древесина – естественный материал, который издревле используется человеком для самых разных нужд. Но до сих пор мы не знаем всех возможностей этого удивительного материала, хотя за последние полтора-два столетия их было открыто немало.

Наука и практика доказали, что древесину можно не только обрабатывать механическими способами (в основном пилением и резанием), но и перерабатывать химико-механическими способами для получения продукции с новыми свойствами (фанеры, древесных плит и пластиков) и получать ранее неизвестные продукты (от спиртов до медпрепаратов). Темпы и масштабы развития химических технологий деревопереработки дают основание многим ученым утверждать, что век древесины не столько в прошлом нашей цивилизации, сколько в ее будущем.

Богатая практика использования древесины в различных областях хозяйственной деятельности людей, включая и военное дело, широкая доступность древесного сырья почти во всех регионах планеты долгое время (вплоть до середины прошлого века) обеспечивали древесине наряду с металлами место в десятке стратегических ресурсов многих стран.

Уникальность свойств древесины делает ее незаменимой или, во всяком случае, труднозаменимой во многих сферах:

  • Построенные с использованием древесины жилые здания и помещения в них отличаются наибольшим комфортом, экологией и энергетикой. Объясняется это прежде всего гигроскопичностью древесины, обеспечивающей поглощение избыточной влажности воздуха помещений и выделением древесиной летучих веществ, оказывающих благоприятное воздействие на здоровье человека.
  • Древесина – плохой проводник тепла, звука и электричества, что также предопределяет ее востребованность во многих областях, в основном в жилищном строительстве.
  • Древесина поглощает ударные нагрузки и вибрации лучше многих других материалов. Именно это свойство используется при устройстве железнодорожных путей, когда применяют только деревянные шпалы. Практика замены деревянных шпал на железобетонные показала, что последние – причина повышенного износа подвижного состава, в основном колесных пар и тележек вагонов.
  • Древесина не ржавеет, не подвергается коррозии в морской воде и химически устойчива к большинству холодных разбавленных кислот и щелочей. При длительном нахождении в речной воде древесина отдельных пород (дуба, лиственницы, осины) может даже улучшать свои свойства. Так, сваи из лиственницы служат более 1000 лет, а древесина мореного дуба, пролежав в воде не менее 10 лет, приобретает изумительную текстуру, пользующуюся большим спросом у мебельщиков.
  • В отличие от многих металлов, древесина не становится хрупкой при эксплуатации в условиях длительных и повторных знакопеременных нагрузок и напряжений. Длительное время в нашей стране предметом острых дискуссий является огнестойкость древесины в строительных конструкциях и сооружениях. Расчеты и практика строительства в ряде европейских стран подтверждают, что несущие конструкции из деревянных деталей крупного сечения (не менее 100 х 100 мм) могут сохранять надежность почти час, так как скорость распространения огня в таких деталях не превышает 0,7 мм/мин. За этот же отрезок времени стальные и железобетонные конструкции полностью теряют несущую способность.
  • Древесина, в отличие от бетона, в течение длительного времени сохраняет сцепляющие способности в условиях воздействия весьма низких температур.
  • Пористо-волокнистая структура древесины способствует удержанию лакокрасочных материалов.
  • Резонирующие свойства древесины (особенно ели) издавна высоко ценятся изготовителями музыкальных инструментов (скрипок, гитар и др.).

Древесина имеет большое значение как природный ресурс для хозяйственной деятельности людей, а деревья очищают атмосферный воздух и насыщают его кислородом, способствуют влагорегулированию почв, их защите от ветровой эрозии, суховеев.

Совокупность массивов деревьев – леса – образуют лесной фонд нашей страны. С учетом всего комплекса функций леса делятся на несколько групп. К первой группе лесов, занимающей около 17% лесопокрытой территории страны, отнесены леса, выполняющие водоохранные, защитные, оздоровительные функции, и леса, имеющие научное и историческое значение. Вторую группу образуют леса в районах с высокой плотностью населения и строгим режимом лесопользования; эти леса занимают 8% лесопокрытой территории. На долю лесов третьей группы приходится до 75% покрытых лесом площадей, и в этих лесах осуществляются основные объемы лесозаготовок. Леса этой группы расположены в основном на северо-западе европейской части страны, на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке.

Способность лесов к возобновлению – естественному (семенному или вегетативному, порослевому) или искусственному (посев семян, посадка деревьев) определяет их преимущество перед другими видами природных ресурсов (уголь, нефть, руды, газ), но зачастую создает ложное представление об их неисчерпаемых возможностях и дает повод к оправданию нерационального лесопользования.

Каждое дерево состоит из ствола, корневой системы и веток (кроны), общий объем которых образует биомассу дерева. Объем ствола составляет от 55 до 90% биомассы (минимальный объем ствола – у бука, максимальный – у березы и лиственницы), объем корневой системы составляет от 5 до 25% (минимальный – у березы, максимальный – у сосны и ясеня), крона содержит от 5 до 20% биомассы дерева. Объем частей дерева зависит от породы деревьев. Такая же зависимость отмечается и для свойств древесины, которые определяют основное лесопромышленное назначение каждой древесной породы.

Древесные породы

К основным лесообразующим породам, занимающим в России наибольшие площади и имеющим большое лесопромышленное значение, относятся хвойные (лиственница, сосна, ель, пихта, кедр), мягколиственные (береза, осина, ольха, липа, тополь), твердолиственные (дуб, бук, граб, ясень, клен, вяз и др.).

На долю хвойных пород в России к началу XXI века приходилось около 85% лесопокрытых площадей и общих запасов древесины, на долю мягколиственных – до 13% площадей и запасов древесины, на долю твердолиственных пород – всего около 2%.

У каждой древесной породы есть свои виды и области преимущественного произрастания (ареалы), каждая порода отличается особенностями строения и свойствами древесины, а также областями применения. Характеристики основных пород древесины приведены в табл. 1.

Преобладающей по запасам древесины является лиственница, а среди мягколиственных пород – береза. Однако лиственница по ряду причин, прежде всего из­-за труднодоступности основных районов произрастания, небольших запасов на 1 га в этих районах и особых режимов обработки древесины, по объемам лесозаготовок и применения в различных областях, в том числе строительстве, уступает другим хвойным породам – ели и сосне. У березы также довольно ограниченное применение по причине особенностей ее свойств и специфики процессов сушки и обработки.

У каждой древесной породы, и даже у каждого ее вида, разные числовые показатели свойств. Все древесные породы характеризуются физико-механическими, технологическими, химическими и другими свойствами, но только определенные свойства имеют значение для использования древесной породы в лесопромышленных производствах, изготовляющих лесопродукцию для тех или иных конечных потребителей. По­-этому знание свойств пород древесины определяет целесообразность их промышленного использования. Совокупность определенных свойств характеризует качество древесины каждой породы, но определяющим, приоритетным, является, как правило, свойство, отвечающее конкретным требованиям к конечному продукту из древесины.

Например, для изготовления строительных деталей и конструкций традиционно используется древесина хвойных пород, для высокохудожественных изделий мебели – карельской березы, гидротехнических сооружений – лиственницы и осины, музыкальных инструментов – еловая.

Свойства древесины

Таблица 2. Основные свойства древесины

Таблица 3. Свойства основных видов древесины

Все древесные породы человек испокон веку оценивал главным образом по критериям практичности. Топорища, ручки молотков и древка знамен делались только из березы из-за упругости ее древесины, полы в домах устраивались из сосновых или лиственничных плах (полубревен), отличающихся прочностью и долговечностью, теми же свойствами объяснялся выбор бревен из этих пород для срубов домов.

Системное изучение свойств древесины началось только в прошлом веке. Научные подходы (классификация свойств, методы и средства их определения и др.) в нашей стране разработали ученые С. И. Ванин, Д. Е. Вихров, Л. М. Перелыгин, Б. Н. Уголев, которые сформировали научную дисциплину древесиноведение. В 70-80-е годы XX века были стандартизованы методы определения большинства свойств древесины, в основном физико-механических и технологических. Разработкой десятков государственных стандартов (ГОСТ) на методы испытаний руководил Б. Н. Уголев.

Определение числовых показателей свойств осуществляют по результатам испытаний образцов древесины небольших размеров – так называемых малых образцов чистой древесины, то есть образцов, у которых однородная структура и отсутствуют пороки.

Основные свойства чистой древесины, характеристики этих свойств (их определения), методы испытаний (оценок, определений) и промышленное значение таких испытаний приведены в табл. 2, а количественные показатели важнейших свойств чистой древесины – в табл. 3.

В реальных условиях применения древесины (прежде всего в различных областях строительства – промышленного, жилищного, транспортного и др.), когда ее приоритетным свойством является прочность, необходимо учитывать и фактор масштаба, то есть различие габаритов малых образцов и фактических размеров строительных конструкций и их деталей. А также неизбежное наличие пороков древесины и неоднородностей строения, характер и длительность действия нагрузок. По­-этому в этих условиях используют не пределы прочности малых образцов, а существенно меньшие расчетные сопротивления.

Например, прочность деталей из древесины сосны под действием постоянной нагрузки в течение нескольких лет составляет всего около 60% предела прочности сосны при кратковременных испытаниях. Для всех видов напряженного состояния расчетное сопротивление принимается не более 0,5 предела прочности при кратковременных статических испытаниях. Более серьезные поправки необходимы при расчете прочности деревянных изделий или деталей при переменных нагрузках, когда наблюдается усталость древесины, характеризующая предел ее выносливости: средняя величина предела выносливости принимается на уровне 20% статического предела прочности.

Проектирование деревянных конструкций по расчетным сопротивлениям неизбежно создает страховой запас прочности, не всегда необходимый и экономически оправданный. Нужны методы системных (лабораторных, стендовых, заводских, натурных) испытаний деревянных конструкций, изделий и деталей. Явный дефицит таких испытаний (см. ЛПИ, № 3, 2014 год) препятствует рациональному и эффективному использованию древесины в различных областях строительства – основной сферы потребления древесины. И не только из­-за не всегда точного определения фактической прочности древесины, но и по причине общих и не всегда обоснованных норм ограничения пороков, присущих древесине.

Пороки древесины

Таблица 4. Общие сведения о пороках древесины



Таблица 5. Характер ограничения пороков древесины в
действующих стандартах

В общепринятом лесотехническом лексиконе пороками древесины называют особенности биологического развития деревьев (сучки, трещины, гнили, кривизну, окраску и т. д.), обусловленные как природой этих многолетних растений, так и внешним воздействием, в частности дереворазрушающих грибов. К порокам принято относить и механические повреждения (сколы, зарубы и т. п.), и дефекты обработки лесопродукции (вырывы, выщербины и т. п.), которые являются следствием воздействия на древесину технических средств при ее обработке. Включение дефектов и механических повреждений в понятие «пороки» объясняется только тем, что на английском языке (в обязательном порядке названия в ГОСТах приводятся на двух языках) оба понятия («пороки» и «дефекты») обозначаются одним и тем же словом: defects. Поэтому представляется возможным заменить ныне принятый в ГОСТ 2140­-81 термин «пороки древесины» более общим «дефекты древесины» с разделением на дефекты природного происхождения (пороки) и дефекты технического происхождения.

Пороки древесины являются нежелательной особенностью древесины, негативно влияющей на ее переработку и применение. Однако следует учитывать, что некоторые пороки могут иметь и положительное влияние на качество древесины и изделий из нее. Например, здоровые сучки улучшают декоративные свойства древесины, что повышает ценность изделий из нее. На одной из европейских выставок­-ярмарок несколько лет назад профилированная обшивка для интерьера жилых помещений продавалась на 20-25% дороже, если на ней были здоровые сросшиеся сучки.

Читайте также:  Батарейка bios для компьютера

В филенках деревянных дверей зарубежные стандарты также допускают такие сучки, так как они не оказывают существенного влияния на прочность деталей филенки, но способствуют выигрышному внешнему виду. Общеизвестны высокие эстетические свойства изделий из карельской березы, отличающейся своеобразной свилеватостью волокон, и художественные поделки из наростов на стволах некоторых пород.

Общие сведения о пороках – их классификация, определения, способы измерения – регламентированы ГОСТ 2140­-81 и приведены в табл. 4.

Большинство пороков древесины в той или иной степени влияют на качество лесопродукции. Действующие нормативные документы (стандарты и технические условия как приложение к хоздоговорам) подразделяют основные пороки, присущие лесопродукции, на ограничиваемые полностью, то есть недопустимые, ограничиваемые частично, то есть имеющие регламентированные нормы ограничения, и неограничиваемые, то есть неучитываемые. Характеристики этих ограничений по видам лесопродукции представлены в табл. 5.

Нормы ограничения пороков должны учитывать характер и степень влияния нормируемых пороков на качество каждого вида лесопродукции. В общем случае учитываются следующие факторы:

  • Основные виды гнилей (ядровая, наружная трухлявая, мягкая заболонная) в наибольшей степени влияют на качество древесины и лесопродукции. Поэтому в бревнах и пиломатериалах они жестко нормируются, а в заготовках и деталях не допускаются.
  • Сучки – влияют на прочность древесины, затрудняют ее механическую обработку, нарушают однородность строения и поэтому нормируются во всех видах лесопродукции.
  • Трещины – разрушают (особенно сквозные) целостность лесопродукции и снижают прочность древесины. Также нормируются.
  • Кривизна – влияет на выход пилопродукции при раскрое бревен и является одной из причин ее покоробленности. (Особенности нормирования кривизны бревен будут рассмотрены в следующей публикации.)
  • Прорость, сухобокость, рак – нарушают целостность древесины и вызывают искривление годичных слоев, что влияет на прочностные свойства пилопродукции.
  • Червоточина – в зависимости от разновидности, снижает прочность древесины и может сопровождаться гнилью.
  • Заболонные грибные окраски и смоляные кармашки – отрицательно влияют на качество лакокрасочных покрытий изделий из древесины.

Другие пороки менее значимы при их нормировании.

Для обеспечения рационального использования первичных видов лесопродукции (то есть хлыстов и бревен) следует учитывать (в том числе и в технологиях их раскроя) характер размещения пороков по поперечному сечению ствола дерева. Среди этих пороков:

  • более или менее равномерно распределенные по всему сечению ствола сучки, а также кармашки;
  • равномерно увеличивающийся от центра к периферии ствола наклон волокон, сучки в вершинной части хлыста;
  • распространенные преимущественно в периферийной зоне ствола заболонная гниль, синева, цветные пятна, червоточина, наклон волокон (частично);
  • характерные для центральной зоны ствола сердцевина, ядровая гниль, отлупные и метиковые трещины.

Учитывая большой диапазон изменчивости качества лесопродукции из­-за наличия и размеров пороков, ее подразделяют на несколько групп (сортов) для каждой из которых устанавливают нормы ограничения конкретных пороков. Таков общепринятый принцип нормирования качества лесопродукции, учитывающий влияние пороков на степень использования лесопродукции по назначению и определяющий ценовые параметры каждой группы (сорта) лесопродукции.

Однако в этом принципе не учтены как одновременное наличие нескольких нормируемых пороков у единицы (экземпляра) лесопродукции (то есть их возможная совокупность), так и распределение пороков по длине единицы лесопродукции (бревна, доски, заготовки), то есть насыщенность лесопродукции пороками. Так, нами установлено, что один сортообразующий порок может быть только у 62% лиственничных пиловочных бревен, не менее двух таких пороков почти у 7% бревен, а более чем у 30% этих бревен нет сортообразующих пороков. В других исследованиях автора выявлено, что у сосновых и еловых пиломатериалов на одной доске может быть до шести пороков, в той или иной мере влияющих на дальнейшую сферу использования пиломатериалов. Исследовалось также расположение пороков по длине единицы лесопродукции; полученные результаты имеют значение для рационального использования лесопродукции определенного назначения, и это будет предметом рассмотрения в следующих публикациях.

Виктор КИСЛЫЙ, канд. техн. наук, директор фирмы «МП "ДОМ"»

Систематическое повышение качества продукции является обязательным требованием развития экономики и эффектив­ности производства. Высокие темпы развития народного хо­зяйства и повышение эффективности производства могут быть достигнуты с помощью стандартизации на основе новейших достижений науки, техники и организации труда. Стандарти­зация— это процесс установления и применения единых пра­вил с целью упорядочения деятельности на пользу и при уча­стии всех заинтересованных сторон для достижения всеобщей оптимальной экономики с соблюдением функциональных усло­вий и требований безопасности. Результатом стандартизации является стандарт, который в зависимости от объекта стандар­тизации может быть в виде документа, физической константы или предмета. Объектом стандартизации может быть конкрет­ная продукция, правила, требования, методы, понятия, обозна­чения, имеющие перспективу многократного применения в лю­бых сферах народного хозяйства, и т. д.

Основными целями стандартизации являются: ускорение технического прогресса; повышение качества продукции; со­вершенствование организации производства; развитие специа­лизации; рациональное использование производственных фон­дов, материальных и трудовых ресурсов; развитие междуна­родного сотрудничества! Первым шагом в стандартизации был декрет о «Введении Международной метрической системы мер и весов» (1918 г.). В 1923 г. было постановление Совета Труда и Обороны о создании Бюро стандартизации для экспортных товаров. 15 сентября 1925 г. был создан Комитет по стандарти­зации при Совете Труда и Обороны.

Стандартизация должна учитывать перспективность изме­нения показателей стандартов, которые устанавливаются на ос­нове научно-технического прогнозирования. При этом стандар­тизация должна быть опережающей. При прогнозировании ус­ловий стандартизации используют три метода: моделирование, экстраполяцию и эвристический. При моделировании ис­пользуются экспериментальные и математические модели. При этом они могут описывать изменения параметров во времени при определенных условиях работы объекта или устанавливать сроки использования объекта, обеспечивающего определенные условия его работы. Применяются имитационные модели на основе аналоговых вычислительных машин, обеспечивающих охват большого количества факторов и многочисленных вари­антов их взаимодействия. Метод экстраполяции применя­ется в тех случаях, если не предвидятся конкретные изменения условий. Изменения могут быть только случайные, которые учитываются методом наименьших квадратов или гармониче­ских весов. Эвристические методы представляют собой гипотезы специалистов по результатам экспертных оценок оп­росом, например методом Дельфи.

Оптимальность решения народнохозяйственных проблем обеспечивается комплексной стандартизацией, при которой це­ленаправленно применяют систему взаимосвязанных требова­ний как к основному объекту стандартизации, так и к его эле­ментам и условиям их обеспечения. Комплексная стандарти­зация осуществляется по принципу от целого к частному.

В комплекс стандартов включаются общетехнические си­стемы стандартов, регламентирующие общие параметры и ме­тоды применительно ко всем процессам производства. К таким комплексам государственных стандартов относится ряд единых систем: ЕСКД, ЕСТПП, ЕСДП, ЕСАКП и др. Первые цифры комплекса стандартов закреплены за отдельными системами. Номер стандартов, начинающийся с цифр:

1— Государственная система стандартизации (ГСС);

2— Единая система конструкторской документации
(ЕСКД);

3 — Единая система технологической документации (ЕСТД);

4— Система показателей качества продукции (СПКП);

8 — Государственная система обеспечения единства измере­ния (ГСИ);

12 — Система стандартов безопасности труда (ССБТ);

14 — Единая система технологической подготовки производ­ства (ЕСТПП);

16— Управление технологическими процессами (УТП);

17— Охрана природы и атмосферы;

18— Количественные методы оптимизации параметров объ­ектов стандартизации;

19— Единая система программной документации (ЕСПД);

20— Единая система управления качеством продукции
(ЕСГУКП).

Стандартизация может проводиться в одной стране (нацио­нальная стандартизация) или учитывать интересы нескольких суверенных государств (международная стандартизация). В пе­риод ускоренного научно-технического прогресса и расширения международного сотрудничества перед международной стан­дартизацией стоят неотложные задачи по разработке стандар­тов на охрану окружающей среды, освоение мирового океана, рациональное использование природных ресурсов, защиту здо­ровья и безопасность труда и другие проблемы человече­ства.

Международная организация стандартизации была органи­зована в 1946 г. в Лондоне (ИСО). Основными органами уп­равления ИСО являются исполнительный комитет, совет и ас­самблея. Рабочими органами являются технические комитеты и отделы. Основная цель ИСО — содействие стандартизации во всем мире. Госстандарт СССР принимает активное участие в работе ИСО. Имеются организации по стандартизации, вклю­чающие более ограниченный круг стран. Положение о стан­дарте Совета Экономической Взаимопомощи было утверждено в Софии в 1974 г.

В международной стандартизации используются стандарты ИСО и СЭВ. Стандарты стран — участников СЭВ согласуются в единой форме общих стандартов СЭВ. Стандарт СЭВ явля­ется нормативно-техническим документом СЭВ и подлежит обязательному применению в народном хозяйстве стран — уча­стниц конвенции. Стандарты СЭВ утверждаются постоянной комиссией СЭВ по стандартизации. Страна, не участвующая в утверждении стандарта СЭВ, может присоединиться или сде­лать заявление о неприменении этих стандартов. Стандарты СЭВ, утвержденные при участии СССР, подлежат обязатель­ному применению в народном хозяйстве в качестве ГОСТ без изменений и переоформления.

Государственная система стандартизации в СССР формиру­ется на основе стандартов номер один: определение стандарти­зации дано в ГОСТ 1.0—85, построение, содержание и изло­жение стандартов — в ГОСТ 1.5—85; порядок внедрения — в ГОСТ 1.20—85 и т. д.

В зависимости от сферы действия стандартизация в СССР предусматривает следующие категории стандартов: государст­венные стандарты Союза ССР — ГОСТ; отраслевые стан­дарты— ОСТ; республиканские стандарты — РСТ; стандарты производственных объединений — СТО; стандарты предприя­тий—СТП.

Руководство всеми работами по стандартизации осуществ­ляется Госстандартом СССР. Он координирует деятельность советских организаций по стандартизации СЭВ, участвует в работах международных организаций по стандартизации и метрологии ИСО и МЭК. В систему служб Госстандарта СССР входят научно-исследовательские институты, конструкторские бюро и другие организации, обеспечивающие надзор и целена­правленную деятельность всех организаций в области стандар­тизации.

Всесоюзный научно-исследовательский институт стандарти­зации (ВНИИС) разрабатывает научно-технические основы стандартизации, перспективные планы комплексной стандарти­зации, осуществляет экспертизу стандартов и их утверждение, анализирует уровень стандартизации в СССР и за рубежом.

Всесоюзный научно-исследовательский институт по норма­лизации в машиностроении (ВНИНМаш) занимается вопро­сами стандартизации в машиностроении.

Всесоюзный научно-исследовательский институт технической информации, классификации и кодирования (ВНИИКК) осу­ществляет сбор и систематизацию информации по вопросам стандартизации и качества продукции, дает научные основы классификации и кодирования информации.

Всесоюзный информационный фонд стандартов и техниче­ских условий (ВИФС) обеспечивает централизованную инфор­мацию о действующих стандартах, регистрирует стандарты.

Всесоюзный научно-исследовательский центр стандартных и справочных данных (ВНИЦ ССД) организует разработку до­стоверных величин физических констант и характеристик свойств материалов и обеспечивает народное хозяйство спра­вочными данными.

Всесоюзный научно-исследовательский центр стандартных образцов (ВНИЦСО) руководит разработкой стандартных об­разцов веществ и материалов.

Сеть метрологических институтов Госстандарта СССР раз­рабатывает стандарты на системы единиц измерений, создает эталоны единиц измерений.

Сеть республиканских и межобластных лабораторий госу­дарственного надзора за стандартами и измерительной техни­кой осуществляет надзор за соблюдением стандартов всеми организациями. При министерствах имеются отделы стандарти­зации, которые организуют работу по стандартизации для обес­печения выпуска продукции высокого качества и руководят де­ятельностью головных и базовых организаций по стандартиза­ции (назначает их Госстандарт СССР).

На предприятиях имеются отделы стандартизации, кото­рые осуществляют нормо-контроль, обеспечивают службы пред­приятий нормативно-технической документацией, организуют и руководят обеспечением качества продукции. Все государ­ственные стандарты являются законом и должны соблюдаться всеми.

Одна из важнейших задач стандартизации состоит в том, чтобы связать показатели качества промышленной продукции с качеством исходного сырья, материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий. Эта сложная задача решается на ос­нове принципов взаимозаменяемости, унификации и агрегати­рования, которые широко используются в производстве изделий. В государственных планах развития народного хозяйства учи­тываются стандарты на показатели качества продукции, согла­сованные с учетом имеющихся ресурсов и качеством материа­лов. С помощью системы государственных стандартов осуще­ствляется воздействие на уровень и стабильность оптимального качества всей промышленной продукции. Для установления в стандартах оптимальных требований к сырью и продукции используются количественные методы оптимизации по ГОСТ 18001—76 и др. Оптимизация требования предполагает соблю­дение определенной последовательности ее решения: постановка задачи, цель, критерии оптимальности, ограничения, целевая функция, позволяющая найти оптимум; выбор научного ме­тода решения задачи на основе анализа и обобщений резуль­татов теоретических и экспериментальных исследований. При оптимизации требования к качеству иногда необходимо решать три типовые задачи.

Читайте также:  Счетчик нева мт 123 as op инструкция

1.Основной показатель качества может быть выражен ана­
литически в виде случайного процесса, определяемого функци­
ональными параметрами. Математические ожидания и диспер­
сии случайных функций известны. Необходимо найти соответ­
ствующие параметры основного показателя качества. Такая
задача решается методом линеаризации.

2. Имеется набор типов комплектующих элементов, которые
могут быть использованы для изделий различных моделей. Тре­
буется определить типы этих элементов, которые окажутся наи­
более эффективными в обеспечении желаемых свойств изде­
лия и требуемого качества.

54
3. На основной показатель качества оказывает влияние мно­жество параметров. Необходимо определить, какие из этих па­раметров решающие, основные и второстепенные.

Последние две задачи решаются методом дисперсионного анализа, при котором экспериментальным путем устанавлива­ются дисперсии взаимодействия между параметрами с после­дующим корреляционным анализом, который позволяет опре­делить вид и уравнение зависимости основного показателя ка­чества от одного или нескольких исходных параметров.

При проектировании изделий должны соблюдаться стан­дарты, обеспечивающие показатели технических условий и качества. На всех стадиях освоения, производства и эксплуата­ции изделий стандарты являются руководящими и направляю­щими документами, оказывают решающее влияние на форми­рование и обеспечение качества изделий. Стандартизация и качество продукции в совокупности характеризуют уровень про­мышленного производства. Опережающая стандартизация ока­зывает непосредственное влияние на повышение качества из­делий, которое стимулирует создание новых, более прогрессив­ных стандартов, являющихся основой дальнейшего повышения качества изделий и совершенствования их производства. Для повышения эффективности использования ресурсов действует система разработки и постановки продукции на производство. Порядок разработки и постановки продукции на прозводство определен ГОСТ 15001—88.

При конструировании изделий необходимо учитывать все ог­раничения, предусмотренные действующими стандартами, ко­торые обеспечат изделию соответствие по качеству современ­ным требованиям. Изделия мебели по основным размерам дол­жны соответствовать функциональным размерам, которые пре­дусмотрены в зависимости от вида изделий ГОСТ 13025—. и последующих цифр, соответствующих виду изделия и году ут­верждения стандарта. Например: ГОСТ 13025.6—81—письмен­ные столы, ГОСТ 13025.16—81 — табуреты и т. д.

Государственные стандарты на изделия из древесины обычно имеют построение в такой последовательности изложе­ния: заголовок — название стандарта, подзаголовок — название изделия; 1—типы и размеры; 2 — технические требования; 3 — правила приемки и методы испытания; 4 — упаковка, марки­ровка, хранение и транспортирование; 5 — гарантии постав­щика.

Стандарты на изделия из древесины регламетируют функ­циональные размеры, прочностные показатели, допустимые по­роки древесины, но оставляют открытым для творческого ре­шения некоторые конструктивные решения и художественное оформление изделий. Эти параметры регламентируются отрас­левыми нормалями. В настоящее время стандартизация оказы-

вает свое благотворное влияние и на осуществление процесса проектирования и конструирование изделий из древесины. При конструировании сложных изделий мебели используется метод серийного проектирования. Серийное проектирование позволяет на основе стандартных элементов получать новые изделия, от­личающиеся высоким художественным исполнением, но бази­рующиеся на единстве типовых технологических процессов их изготовления с гарантированным обеспечением стабильности высокого качества всех конструируемых изделий. При серий­ном проектировании стандартизация согласует две противопо­ложные особенности современного производства: массовость изготовления и индивидуальность потребления. По степени обо­снования и глубине проработки различают разновидности стан­дартизации:

симплификация — сокращение неоправданного числа объ­ектов; устраняются те объекты, которые могут быть заменены без особого ущерба другими, близкими к ним из имеющихся;

унификация — установление оптимального ограничения ко­личества объектов, которое обеснечивает достаточное разнооб­разие и исключает излишние типы, виды и размеры;

типизация — разработка типовых решений, сокращение воз­можных вариантов до необходимого минимума;

взаимозаменяемость — обеспечение практически приемлемой равнозначности параметров и свойств объектов стандарти­зации;

агрегатирование — конструирование на основе использова­ния унифицированных объектов и типовых решений с обеспе­чением их взаимозаменяемости.

Стандарты оказывают прямое влияние на формирование ка­чества изделий, обеспечивают его стабильность и эффектив­ность функционирования массового производства. Ведущая роль стандартов в обеспечении качества продукции очевидна и признана.

Глава 2

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

В изделиях из древесины применяют много разнообразных материалов. Условно их можно разделить на конструкционные и отделочные.

Под конструкционными принято понимать материалы, составляющие основу (тело) деталей и сборочных единиц конст­рукции. Свойства этих материалов определяют прочность и це­лостность изготовленных из них изделий. В изделиях из древе­сины к таким материалам относятся сама древесина и получен­ные из нее древесные материалы в виде стружечных, столярных

И волокнистых плит, шпона и фанеры, клеи и некоторые виды пластических масс.

Под отделочными принято понимать материалы, служащие для улучшения внешнего вида изделий и не оказывающие су­щественного влияния на его прочность. К ним могут быть от­несены защитно-декоративные покрытия из пленок, ткани, ла­кокрасочные материалы и детали декора в виде накладных, резных или штампованных украшений фасадных поверхностей изделий и т. п. Применяемые материалы формируют прочност­ные и эстетические свойства изделий.

Подробно свойства древесины и древесных материалов изу­чаются в курсах древесиноведения и технологии клееных мате­риалов и плит, свойства и переработки пластмасс также изу­чаются в соответствующих курсах и освещены в специальной литературе, здесь будут приведены только общие сведения, от­носящиеся к характеристике их физико-механических и техно­логических свойств.

1. Породы

Основную часть строительной древесины составляют хвойные породы. Для определения вида хвойной породы по заготовленной древесине (бревнам, брусьям, доскам и т. п.) необходимо знать наиболее характерные признаки этой породы (табл. 24). Строительными нормами разрешено в ряде случаев применять лиственные породы, поэтому важно также знать наиболее характерные признаки лиственных пород (табл. 25).

Каждой породе древесины соответствует комплекс внешних признаков, по которым ее можно отличить. Для полевой оценки пород определяющими будут макроскопические признаки (рис. 30): наличие смоляных ходов, характер годовых слоев и резкость их границы, различие ранней и поздней древесины, видимость и характер строения сердцевинных лучей, наличие ядра, ширина заболони, цвет, характер коры. Существенно могут помочь в определении породы древесины средняя плотность образца, а также его вязкость или хрупкость, хорошая или плохая способность раскалываться.

Можно рекомендовать следующую последовательность при определении породы древесины: в первую очередь определяют принадлежность образца к хвойной или лиственной породе; если образец принадлежит к лиственной породе, выясняют по характеру сосудов в ранней древесине годового слоя, к какой группе пород образец принадлежит: к кольцесосудистой или рассеянно-сосудистой (все кольце-сосудистые породы имеют ядро). После отнесения образца к той или иной группе определение породы существенно облегчается.

При определении породы и в некоторых других случаях необходимо учитывать влажность древесины. В связи с этим на практике принято считать для древесины следующую влажность, %: воздушно-сухой 12—20, полусухой 20—30, сырой 30—40 и свежесрубленной — хвойных пород 80—100, мягких лиственных порол 60—90 и твердых лиственных пород 40—80. Мокрой считают древесину с влажностью свыше 100%

2. Влажность

При известном навыке можно приблизительно определить влажность древесины наощупь. Лучше всего это делать на свеже-остроганной поверхности. Таким образом легко отличить сырую древесину от мокрой. Можно также определить влажность древесины с помощью химического карандаша: по свежему срезу дерева или остроганному месту проводят отточенным карандашом черту, если она яркая, то влажность древесины считают выше 35—40%.

Влажность древесины (бревен и пиломатериалов) можно оценивать также способом, основанным на ее звукопроводимости. Древесина с влажностью до 10% издает при ударе по ней твердым предметом высокий чистый звук; при влажности свыше 30% (выше точки насыщения волокон) звук получается глухим. Если известна порода древесины, то по плотности можно определить ее ориентировочную влажность. Пользуясь данными в табл. 24 и 25, можно определить влажность древесины по ее средней плотности. Влажность также оценивают с помощью спирта или ацетона (прил. 5).**

Для быстрого и точного определения влажности древесины применяют специальные приборы — электровлагомеры. Существуют различные конструкции влагомеров. Наибольшее применение нашел электровлагомер ЦНИИМОД-2, позволяющий определить влажность древесины в пределах 8—30% с точностью ±1%. При необходимости определения влажности до 60% используют электронный влагомер ЭВА-2, погрешности измерений которого зависят от величины влажности и колеблются от 1—2% (при влажности до 30%) до 10% (при влажности 30—60%).

3. Средняя плотность

Среднюю плотность (объемную массу) древесины определяют взвешиванием и измерением размеров образца древесины. При этом принято полученные результаты расчетов приводить к стандартной влажности, составляющей 12%. Такой пересчет на стандартную влажность можно произвести по приближенной формуле

где ρ12 — средняя плотность древесины при стандартной влажности, кг/м 3 ; ρω — средняя плотность древесины, определенная при испытании, кг/м 3 ; ω — влажность испытываемого образца, %.

Эта формула пригодна только для пересчета влажности в пределах 0—30% (т. е. только до точки насыщения волокон древесины).

Часто среднюю плотность древесины определяют погружением образца в сосуд с водой. Для этого образец должен иметь вил продолговатого стержня постоянного сечения. По длине его деляг на 10 равных частей, после чего опускают в сосуд с водой так. как показано на рис. 31 [10] По величине погружения образца и воду определяют его среднюю плотность ρср. Так, ρср образца на рис. 31,а равна 0,58 г/см 2 , или 580 кг/м 3 . Если образец неправильной геометрической формы, его помещают в воду сначала одним концом, затем другим. В этом случае среднюю плотность древесины определяют либо как среднее значение двух показаний, либо по формуле

где значения l, h1, h2 берут в соответствии го схемой на рис. 31,б.

Иногда приходится определять среднюю плотность древесины по бревну. В этом случае поступают следующим образом: если есть рядом водоем, то сталкивают бревно в воду и по его погружению ориентировочно определяют среднюю плотность, используя при этом график на рис. 32. Такую процедуру можно облегчить, если от бревна отпилить диск толщиной 10—15 см и определять так, как показано на рис. 32,а [10].

4. Прочность

Метод определения прочности по содержанию летней древесины. Этим методом лучше всего определять прочность таких пород, как сосна, ель, лиственница, дуб, ясень. Торцовый срез обычно зачищают ножом или обрабатывают шкуркой для более четкого разграничения границ годовых колец, наиболее удобен для определения косой срез, на котором подсчитываются эти кольца точнее (рис. 33). Методика определения следующая: на торцовой поверхности отмечают остро отточенным карандашом линию, перпендикулярную годовым кольцам: выбирают отрезок не менее 20 мм, на котором измеряют суммарную ширину летней зоны годовых слоев (темные участки) путем последовательного прикладывания к ним либо куска миллиметровой бумаги, либо стальной линейки с миллиметровыми делениями; суммирование производят с помощью хорошо отточенного карандаша; после этого процентное содержание летней (поздней, темной) древесины подсчитывают по формуле

где а — ширина летних зон, мм; l — полная ширина ряда годовых слоев, мм (выбранная длина участка на торцовом срезе с конечным числом годовых слоев).

Приближенно прочность древесины R12 (кгс/см 2 ) можно подсчитать по эмпирической формуле [10]

где m — процентное содержание летней древесины; А, В — коэффициенты, принимаемые по табл. 26.

Приведенная формула определения прочности дана для влажности 12%.

Описанным методом можно определить ориентировочную прочность основных хвойных пород: ели, сосны и лиственницы. В тех случаях, когда толщина летних годовых слоев мала (например у ели), при подсчете т можно взять суммарную толщину весенней древесины, вычесть ее из общей длины отмеченного отрезка и по разнице найти суммарную толщину летних годовых слоев.

Читайте также:  Печки для отопления помещений

Метод, основанный на взаимосвязи средней плотности и прочности древесины. Средняя плотность ρ12 древесины при стандартной влажности характеризует ее пористость, а следовательно, и прочность. Поэтому, зная древесины при влажности, близкой к стандартной, можно приближенно определить ее прочность по формуле

в которой ρ12 — средняя плотность древесины при влажности 12—15%, взятая в г/см 3 или в т/м 3 ; С и D — эмпирические коэффициенты.

Наш опыт [10] позволяет рекомендовать для подсчета следующие зависимости (R12 в МПа):

Приведенные формулы прочности на сжатие хвойных пород дают разброс до ±5 МПа (для лиственных пород до 7—8 МПа), а формулы прочности при изгибе — до 15 МПа (для всех пород). Плотность ρ для подсчета по этим формулам определяют одним из вышеперечисленных приемов.

Определение фактической прочности древесины. Образцы изготовляют в виде брусков желательно квадратного сечения от 2X2 до 3Х3 см и длиной 110 см. Такие бруски укладывают на две опоры, расположенные на расстоянии 100 см друг от друга (рис. 34). После этого точно посредине бруска — балки подвешивают груз, например ведро, которое может быть наполнено песком, щебнем и т. п. Масса груза при испытании сосны или ели может колебаться в пределах 30—150 кг. Предел прочности древесины (МПа) в результате испытаний подсчитывают по формуле

где Р — масса разрушающего груза, кг, определяемая взвешиванием; l — пролет, т. е. расстояние между опорами (100 см); b, h — соответственно ширина и высота образца, см.

По результатам испытаний при изгибе можно ориентировочно определить прочность на сжатие вдоль волокон, растяжение вдоль волокон и на скалывание, пользуясь следующими соотношениями R составляет 40—60%; Rскал 15—20% и Rраст

Приведенные здесь соотношения относятся к древесине влажностью 12—15% и поэтому при другой влажности требуют пересчета по изложенным выше методам. При оценке прочности древесины рекомендуется иметь в виду следующие переводные коэффициенты, характеризующие отношение прочностей древесины сосны и ели к прочности других пород:

Средние значения предела прочности древесины сосны и ели при влажности 12—15% можно ориентировочно принимать; по изгибу 75—80 МПа и по продольному сжатию 40—42 МПа.

5. Влияние влажности на прочностные свойства древесины

Наиболее часто используемый метод — расчетный. Он основан па использовании эмпирической зависимости (ГОСТ 16483—73), по которой можно пересчитать прочность древесины с учетом ее влажности.

где R12 — предел прочности при влажности 12%, МПа; Rω — предел прочности при влажности от 0 до 30%, МПа, ω — влажность от 0 до 30%; α — поправочный коэффициент, равный 0,04 для всех пород древесины.

Нами проверен и может быть предложен графический способ учета влияния влажности древесины на ее прочность. Он заключается в следующем по графикам (рис. 35) устанавливают коэффициент изменчивости Kω прочности древесины в зависимости от ее влажности (при этом Kω для влажности 15% принимают за 1), а затем по зависимости R15=RωKω или Rω=R15/Kω находят необходимую прочность.

6. Изделия на основе древесины

Древесностружечные плиты (ГОСТ 10632—77, ГОСТ 11519—65) — изделия, получаемые путем горячего прессования массы древесных стружек и смол (8—10% массы стружки). Для изготовления таких плит используют фенолформальдегидные и мочевнно-формальдегидные (карбамидные) смолы. По средней плотности различают легкие (ρср 3 ), средние и тяжелые (ρср=600—800 кг/м 3 ) плиты.

Шиты выпускают толщиной 6, 8, 10, 13, 16, 19, 22, 25 и 32 мм, шириной 1,2—1,75 м и длиной 2—3,5 м. Их средняя плотность составляет (в зависимости от толщины) 450—600 кг/м 3 (чем толще плита, тем она рыхлее). Прочность плит при изгибе в зависимости от толщины также составляет 8—26 МПа. Разбухание по толщине, которое легко может быть определено с помощью обычного штангенциркуля, должно быть за 24 ч пребывания в воде комнатной температуры не более 17% для плит толщиной более 20 мм и не более 7% для плит толщиной менее 20 мм.

Древесноволокнистые плиты (ГОСТ 4598—74*) — изделия, получаемые также горячим прессованием массы волокон древесины или других целлюлозных материалов (камыша, соломы и т. п.) в смеси с фенольными смолами (до 10% массы волокон) и парафином или канифолью (до 1,5% по массе). Длина плит 1,2—3,6 м, ширина 1—1,8 м. Толщина плит, зависящая от их разновидности (назначения): твердых 3—6 мм, рыхлых (изоляционных) — 12,5; 16 и 25 мм. Существуют еще полутвердые плиты толщиной 4—8 мм, а также изоляционно-отделочные (обычно с декоративным слоем) с толщиной 8—20 мм.

Средняя плотность сверхтвердых пли ≥ 950, твердых

850, полутвердых (изоляционно-отделочных) 400—-800 и мягких (изоляционных) 100—300 кг/м 3 . Твердые и полутвердые плиты на действие воды не проверяют, хотя они и поглощают 5—7% влаги. Мягкие плиты могут впитать за 2 ч до 30% воды. При определении их разбухаемости можно руководствоваться критериями для стружечных плит.

Твердые древесноволокнистые плиты достаточно прочны — их предел прочности при изгибе более 40 МПа, предел прочности при изгибе мягких плит 0,4—2 МПа, полутвердых 15—20 МПа. В полевых условиях легче всего проверить прочность именно прн изгибе При определении этой величины у древесностружечных и древесноволок нпстых плит следует учитывать, что расстояние между опорами зависит от толщины плиты:

Ширину образцов принимают равной 100 мм. Нагружают их одним грузом в середине пролета. Радиус закругления опор должен быть не менее 10 мм [17].

Цементный фибролит (ГОСТ 8928—70) изготовляют в виде плит на основе так называемой древесной шерсти: специально изготовленной длинной древесной стружки и портландцемента марки 400. Стандартная длина плит 2,4 и 3 м, ширина 0,5; 0,6 и 1,2 м при толщине 30, 50, 75 и 100 мм.

В зависимости от назначения плиты бывают теплоизоляционные (плотность 300 кг/м 3 ), конструкционные и акустические (плотность 400—500 кг м 3 ). В условиях строительной площадки оценивают прежде всего качество плит по внешнему виду: по равномерности распределения древесной шерсти, отбитости углов и граней плит, по размочаленности отдельных мест. Легко также проверить соответствие геометрических параметров плит стандартным длине, ширине, толщине и разнотолщинности.

Фанера. Фанеру производят двух видов: строительную (ГОСТ 3916—69) и бакелизированную (ГОСТ 11539—73). Строительная фанера — листовой материал толщиной 1,5—18 мм, склеенный из трех слоев и более древесного шпона В качестве клея для нее используют фенольные (фанера ФСФ), карбамидные (фанера ФК), альбумино-казеиновые (фанера ФБА) и чисто белковые — казеиновые, соевые и другие составы (фанера ФБ).

Для производства такой фанеры используют практически любые породы древесины. Цвет листов фанеры зависит от породы древесины в лицевом слое Фанера ФСФ имеет повышенную водостойкость.

Наиболее низкая водостойкость у фанеры ФБ. Допускается влажность 5—10% для ФСФ и ФК, 6—15% для ФБА и ФБ. Влажность фанеры в полевых условиях можно проверить методами, описанными для древесины. Максимальные размеры листов строительной фанеры 2440X1525 мм, минимальные 1220X725 мм; длина листов 2440, 2135, 1830, 1525 и 1220 мм, ширина 1525, 1220 и 725 мм. Отклонения от этих размеров должны быть не более 5 мм.

Бакелизированная фанера — листовой материал, изготовляемый только из березового шпона путем его пропитки и проклейки спирто-растворнмыми смолами. Листы такой фанеры имеют желтовато-коричневый цвет; фанера обладает высокой прочностью и водостойкостью, особенно ФБС. ФБСВ и ФБВ изготовляют с использованием водорастворимых смол. Их водостойкость ниже, чем у ФБС, но выше, чем у строительной фанеры. Прочность ФБСВ и ФБВ также достаточно высока.

Максимальный размер листов 7700×1500 мм, минимальный 1500×1200 мм, толщина 5, 7, 10, 12, 14, 16 и 18 мм. Максимальные размеры листов соответствуют их максимальной толщине. На строительной площадке качество фанеры (особенно строительной) может быть оценено по расслаиваемости при ее сгибании, по нарушению клеевого шва после пребывания в воде, по внешнему виду — качеству кромок и короблению, а иногда и по прочности [17].

Паркетные изделия (ГОСТ 862.1 и 2—76; ГОСТ 862.3 и 4—77). К паркетным изделиям относят штучный паркет, паркетные доски и щиты. Штучный паркет и лицевую часть щитов и досок изготовляют из дуба, ясеня, березы, клена, бука, реже из вяза и ильма, реже из сосны и лиственницы. На паркетные доски и щиты крепят планки меньшей толщины. Основание досок делают из низкосортной хвойной и лиственной древесины, а щитов — также из древесностружечных плит. Паркетные изделия скрепляют водостойкими клеями (фенольными, карбамидиыми или резорциновыми).

Штучный паркет поступает на строительство в пачках по 50 или 100 планок в каждой. Левые планки отличаются от правых расположением гребней и пазов. Влажность паркета должна быть не выше 8—10%. Ширина планок 30—60 мм с интервалом через 5 мм, длина 150—450 мм с интервалом 50 мм, толщина 16 и 19 мм. Качество паркета на стройке проверяют по шероховатости лицевой поверхности, перпендикулярности торцов, однотонности цвета, короблению, состоянию гребней и пазов, по непараллельности кромок и по влажности (см. п. 2 настоящей главы).

Шероховатость лицевой поверхности паркета определяют ладонью руки: хорошо остроганная поверхность не должна царапать ладонь.

Пазы и кромки проверяют путем вкладывания паза в кромку, при этом лицевые поверхности планок не должны выступать одна относительно другой более чем на 0,5 мм. Отколы и отщепы допускают только на кромках нижних поверхностен и на гребнях, они не должны быть длиннее 30 мм. Непараллельность верхних кромок допускается такой, чтобы зазор между ними был не более 0,3 мм. Коробление не допускается.

Паркетные щиты бывают па реечном основании и на основании из древесностружечных плит. Планки на них наклеены в шахматном порядке. Размер щитов на реечном основании 400×400 и 800х800 мм при толщине 30 мм Толщина планок на таких щитах должна быть 8 мм. Щиты могут изготовляться на основании из древесностружечных плит рыхлого состава (экструзионного прессования) и на более плотных плитах (плоского прессования). Такие щиты облицовывают с обеих сторон березовым шпоном толщиной 1,3—1,5 мм и по шпону наклеивают паркетные планки толщиной 4—5 мм либо одну сторону щита покрывают паркетным лаком. Размеры щитов от 400X400 до 600X3000 мм.

Паркетные доски изготовляют только на реечном основании. Их длина может быть 1200, 1800, 2400 и 3000 мм при ширине 145 и 160 мм и толщине 25 и 27 мм. Лицевые планки используют толщиной 8 мм (из лиственницы) и 6 мм (из твердых лиственных пород). Рейки основания могут иметь обзол; они должны быть состыкованными вразбежку, но обязательно быть из одной породы. Обзол допускается не более чем на 1/3 длины рейки. Отколы и отщепы лицевых планок допускаются не более чем 0,3 мм. Щиты и доски должны иметь пазы и гребни для сочленения между собой.

Качество паркетных щитов и досок оценивают прежде всего по их внешнему виду, размерам, влажности, короблению и качеству кромок. Разница в ширине должна быть не более 1 мм и в длине не более 3 мм. Коробление допускается не более 1,5 мм/м [17]. Определение прочности, влажности, плотности древесных пород в изделиях из древесины производят методами, изложенными в пп. 2—5 настоящей главы.

Оставьте ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *