Определение твердости древесины методами Бринелля и Янка
Отличия статических методов от динамических
Для измерения твердости дерева применяются разные типы методов:
- Статистические (по Бринеллю, Роквеллу, Кнупу, Викерсу) представляют собой вдавливание сверхтвердого предмета в поверхность древесины. Этим предметом может служить алмазный конус или металлический шарик; их деформацией можно пренебречь;
- В динамические методах (по Шору, Морину, Бауману, Шварцу, Граве) происходит создание в материале отпечатка шариком при ударной нагрузке;
- В некоторых случаях твердость определяется по сопротивлению абразивному изнашиванию и шлифованию.
Графическая схема измерения твердости древесины по: а) Бриннелю; б) Роквеллю; в) Виккерсу.
Метод Юхана Августа Бринелля
Для того, чтобы определить твердость древесины применяют метод Бринелля. Его результатом является числовой показатель, в России и Европе он указывается на древесине и обозначает ее твердость. Суть самого метода состоит в следующем: в небольшой фрагмент исследуемого материала с силой 100 кг вдавливается небольшой стальной шарик диаметром 10 мм. Лунку, которая после этого остается, измеряют. Твердость дерева и показатель на шкале Бринелля тем выше, чем меньше след от шарика.
При выборе паркетного покрытия имеет смысл ознакомиться с тем, какую твердость по шкале Бринелля имеет выбранный материал. В целях увеличения длительности срока службы при изготовлении качественного паркета обычно используется древесина среднего уровня твердости. Перед тем, как совершить окончательный выбор материала для оформления пола, не будет лишним посмотреть характеристики самых популярных древесных пород.
Подверженность механическому воздействию напрямую зависит от того, насколько высоко значение показателя твердости. Чем оно выше, тем меньше вероятность обнаружить царапины даже после длительной эксплуатации.
В таблице ниже представлены численные значения твердости наиболее распространенных древесных пород по Бринеллю. Эти сравнительные данные позволяют понять, какой вид древесного материала имеет наибольшую твердость. Самые твердые древесные породы являются и самыми дорогими: как правило, это экзотические сорта дреесины.
Таблица твердости древесины по Бринеллю
Можно сказать, что твердость древесного материала отражает его способность сопротивляться внедрению инородного тела определенной формы. Условно можно выделить три группы деревьев: мягкие, твердые и очень твердые. Показатель торцовой твердости мягких деревьев равен 40 МПа. К твердым относится древесина с торцовой твердостью в диапазоне от 40 до 80 МПа. Очень твердые породы дерева характеризуются торцовой твердостью свыше 80 МПа.
Показатель твердости древесного материала обязательно должен быть учтен при обработке фрезером или пилой. Также необходимо учесть и то, что вызывают трудности сучки и наросты: их твердость выше, чем у самого дерева.
Показатель ударной вязкости отражает то, насколько хорошо древесный материал способен поглощать работу при ударе, сохраняя при этом целостность. Для его определения проводятся испытания на изгиб. Шарик из стали диаметром 2,5 см сбрасывают с высоты 50 см на небольшой образец древесины. Величина образца зависит от значения показателя твердости дерева: чем меньше твердость, тем больше площадь. В среднем показатель ударной вязкости лиственных пород деревьев превышает в 2 раза показатель хвойных пород. Имеет смысл принимать его во внимание и в случаях, когда древесина подвергается систематическому истиранию и используется в изготовлении лестниц и перил, оформлении пола.
Метод Габриэля Янка
Метод измерения твердости Янка отличается от Бринелля тем, что для испытания берется стальной шарик немного большего диаметра (11.28 мм вместо 10 мм по Бринеллю) + замеряют не образовавшуюся в результате падения шарика лунку, а силу, с которой необходимо вдавить шарик в древесину, чтобы он углубился в нее на 50% своего диаметра.
В таблице не приведены диапазоны, в которых находится значение твердости различных видов древесины. Значения по шкале Янка заимствованы из англоязычных источников и соответствуют древесине после атмосферной сушки, ее влажность при этом составляет 12%.
Порода дерева и особенности климатических условий местности, в которой оно растет, в конечном итоге являются определяющими факторами для твердости древесины, поэтому даже внутри одного и того же образца породы бывает колоссальный разброс значений. В Европейских странах и в России твердость обычно указывается в единицах по шкале Бринелля, а в США широко используются данные по шкале Janka.
Источник
Деревообработка
1. Назовите классы лиственных пород в зависимости от распределения сосудов по годичному слою.
2. Твёрдость древесины. Способы определения твёрдости древесины, практическое значение
3. Покоробленность, виды и разновидности, влияние на качество древесины и измерение.
4. Низкокачественная древесина, её использование, размеры.
5. Древесноволокнистые плиты. Технологический процесс изготовления плит. Характеристика, приёмка и учёт.
Требуется определить складочный и плотный объёмы колотых однометровых дров осины, уложенных в поленницу длиной 10м и средней высотой 1,5 м. Средняя толщина дров – 15 см. Фактический коэффициент полнодревесности данного штабеля, определённый методом диагонали, равен 0,61.
1.
Назовите классы лиственных пород в зависимости от распределения сосудов по годичному слою
1 класс-лиственным кольцесосудистым (табл. 2) относятся породы с хорошо заметными годичными слоями. В ранней древесине годичных слоев этих пород крупные сосуды образуют сплошное кольцо отверстий, хорошо видимое простым глазом; в плотной поздней древесине видны рисунки, образованные скоплением мелких сосудов. Сердцевинные лучи видны у большинства пород. Это породы ядровые.
Ко 2-му классу, лиственным рассеяннососудистым (табл. 2) относятся породы, у которых годичные слои видны плохо; сосуды на поперечном разрезе не образуют сплошного кольца, а расположены равномерно по всей ширине годичного слоя. У некоторых пород видны сердцевинные лучи.
2. Твёрдость древесины. Способы определения твёрдости древесины, практическое значение
Твердость древесины имеет значение при обработке режущими инструментами (пилении, строгании, лущении), а также в тех случаях, когда древесина с поверхности подвергается истиранию (полы, деревянные мостовые) или толчкам и ударам. Для древесины различают твердость торцовую, радиальную и тангенциальную в зависимости от поверхности, на которой она определяется. Испытания проводятся на образцах в виде куба со стороной 50 мм. Торцовая твердость определяется путем вдавливания в древесину стального пуансона с полусферическим концом, диаметр которого равен 11,28 мм
1. Из двух видов боковой твердости тантенциальная твердость древесины пород с хорошо развитыми сердцевинными лучами (дуба, бука, ильма) несколько выше, чем радиальная, однако различие это невелико (5 — 10%); у большинства пород оба вида боковой твердости практически надо считать одинаковым. Для оценки твёрдости древесины используется тест Янка.
2. Чем выше твёрдость, тем медленнее идёт износ. От твердости древесины зависит долговечность деревянного пола. Морение увеличивает твердость древесины, но при этом повышается ее хрупкость. Дубовую кору и опилки применяют для пропитки других пород древесины, что меняет их естественную окраску.
3. Покоробленность, виды и разновидности, влияние на качество древесины и измерение
Вследствие анизотропии усушки (различия в величине усушки по разным направлениям), а также при неравномерном удалении влаги в процессе сушки сортименты могут изменить свою начальную форму, т. е. покоробиться. Нормальная форма сортимента может изменяться также при распиловке бревен со значительными внутренними напряжениями, возникающими в процессе роста деревьев (чаще лиственных пород, особенно бука). В этом случае коробятся пиломатериалы, находящиеся во влажном состоянии. Изменение заданной формы деталей наблюдается при механической обработке сухой древесины, если есть значительные остаточные напряжения. В зависимости от характера искривления сортимента различается поперечная, продольная и винтовая покоробленность. Поперечная покоробленность выражается в изгибе сортимента по ширине; наблюдается она у досок тангенциальной распиловки . Продольная покоробленность выражается в изгибе сортимента по длине в плоскости пласти или кромки. Винтовая покоробленность представляет собой спиральную изогнутость сортимента по длине.
Степень поперечной покоробленности характеризуется отношением наибольшей стрелы прогиба к ширине пиломатериала и выражается в процентах, продольной — отношением наибольшей по длине сортимента стрелы прогиба к общей длине покоробленности и выражается в процентах, винтовой— наибольшим отклонением поверхности сортимента от прямолинейной плоскости сортимента и выражается в миллиметрах. Покоробленность затрудняет, а иногда и полностью исключает возможность использования сортиментов по назначению. Покоробленные пиломатериалы должны подвергаться дополнительной механической обработке (в некоторых случаях это приводит к растрескиванию материала). Степень покоробленности может измениться при увлажнении и высыхании древесины.
4. Низкокачественная древесина, её использование, размеры
Низкокачественная древесина — это обрезки хлыста, не удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к деловой древесине, но которые могут быть использованы после дополнительной механической обработки и переработки. Дрова — это низкокачественная древесина, используемая в качестве топлива и сырья для углежжения и сухой перегонки. Лесоматериалы различаются между собой по внешнему виду и способу обработки
Использование низкокачественной древесины:
1.Производство технологической и топливной щепы
3.Производство активированного угля древесного
4.Энергетика на древесных отходах
6.Производство химико-термомеханической массы и бумаги из нее
7.Технология производства компостов, органических удобрений
и искусственных земель из древесных отходов
8.Производство кормовой осахаренной древесины (КОДВМ)
9.Производство биологически активных веществ из древесной зелени
10.Производство пустотелого бруса
11.Производство клееных пиломатериалов высшего качества из
12.Производство столярных плит (щитов)
13.Производство щитов с сотовым заполнением
14.Технология производства торцевого паркета
5. Древесноволокнистые плиты. Технологический процесс изготовления плит. Характеристика, приёмка и учёт
.
Древесноволокнистые плиты, конструктивный древесный материал, изготовляемый измельчением и расщеплением древесины (или др. растительного сырья) в волокнистую массу, отливкой из неё плит, их прессованием и сушкой. Различают Древесноволокнистые плиты: сверхтвёрдые, твёрдые, полутвердые, изоляционно-отделочные и изоляционные. Производство Древесноволокнистые плиты быстро развивается благодаря обилию и дешевизне основного сырья: неделовой древесины (дровяной), отходов деревообработки, бумажной макулатуры, стеблей тростника и с.-х. отходов (соломы, костры и др.). Для улучшения эксплуатационных свойств вводят добавки: гидрофобизующие вещества (парафин, канифоль), вещества, повышающие прочность (синтетические смолы), антисептики.
Существуют 2 способа производства Древесноволокнистые плиты: мокрый — без добавки связующего вещества, и сухой, требующий введения в измельчённую древесину 4—8% синтетической смолы. При сухом способе волокнистая масса перед формованием подсушивается. Применяют 3 способа получения волокнистой массы: термо-механический — с использованием дефибраторов и рафинеров, механический — с размолом на дефибрерах, и химико-механический, при котором размолу предшествует варка сырья в щелочных растворах. В волокнистую массу для придания водостойкости вводят различные эмульсии (парафиновые, смоляные, масляные) и осадители (сернокислый алюминий). Плиты формуются на отливочных машинах. Влажность плит после отливок достигает 70%. Поэтому изоляционные плиты поступают на сушку, а твёрдые и полутвёрдые прессуют в горячих многоэтажных прессах (t 135—180°С). Твёрдые и сверхтвёрдые плиты затем проходят «закалку» при t 150—170°С с последующим увлажнением до 5—7% (по массе). Сверхтвёрдые имеют объёмную массу не менее 950 кг/м3
; твёрдые — не менее 850 кг/м3
; полутвёрдые — не менее 400 кг/м3
; изоляционно-отделочные — 250—350 кг/м3
; изоляционные — до 250 кг/м3
. Размеры плит (в мм): длина от 1200 до 3600, ширина от 1000 до 1800, толщина от 3 до 8.
За рубежом изготовляют комбинированные плиты, представляющие собой сочетание нескольких видов плит (например, ультрапористые Древесноволокнистые плиты с объёмной массой 65—80 кг/м3
, облицованные твёрдыми плитами и др.). Древесноволокнистые плиты с лицевой стороны может быть отделана древесной массой тонкого помола с наполнителем и красителем, бумажными пластиками, полимерными плёнками. Предел прочности при изгибе у сверхтвёрдых и твёрдых Древесноволокнистые плиты около 50 Мн/м2
(500кгс/см2
).
Практическое задание Задача
Требуется определить складочный и плотный объёмы колотых однометровых дров осины, уложенных в поленницу длиной 10м и средней высотой 1,5 м. Средняя толщина дров – 15 см. Фактический коэффициент полнодревесности данного штабеля, определённый методом диагонали, равен 0,61
Объём штабеля в скл. куб. м определяется умножением его длины на ширину и высоту:
где L – длина штабеля в м;
B – ширина штабеля в м;
H – высота штабеля в м.
Vскл.
= 10,0 · 1,0 · 1,5 =15,0 скл. м3
.
Складочный объём представляет собой геометрический объём штабеля, в котором кроме древесины имеются пустоты. Объём в плотной мере характеризует объём древесины без пустот.
Для перевода в плотные куб. м необходимо объём в складочных куб. м умножить на коэффициент полнодревесности:
где Кп
– коэффициент полнодревесности для штабелей нормальной кладки.
1. Уголев, Б. Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения [Текст]: учебник для лесотехнических вузов / Б. Н. Уголев – Изд. 3-е, перераб. и доп. – М.: МГУЛ, 2002. – 340 с.
2. Боровиков, А. М. Справочник по древесине [Текст]: учебник / А.М Боровиков, Б.Н. Уголев – М.: Лесн. пром-сть, 1989. – 296 с.
1. ГОСТ 9463–88, ГОСТ 9462–88, ГОСТ 2292–88 (СТ СЭВ 1144–78, СТ СЭВ 4187–83, СТ СЭВ 813–71) Лесоматериалы круглые [Текст]. –М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1988. – 39 с.
2. ГОСТ 2695–83 (СТ СЭВ 2370–80, СТ СЭВ 2371–80, СТ СЭВ 2812–80) Пиломатериалы лиственных пород [Текст]. – М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1983. – 8 с.
Источник
