ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ ФАКУЛТЕТ ГОРСКА ПРОМИШЛЕНОСТ КАТЕДРА МЕХАНИЧНА ТЕХНОЛОГИЯ НА ДЪРВЕСИНАТА инж. ДАНИЕЛ ИВАНОВ КОЙНОВ РАЦИОНАЛНО ПРЕРАБОТВАНЕ

Препис

1 ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ ФАКУЛТЕТ ГОРСКА ПРОМИШЛЕНОСТ КАТЕДРА МЕХАНИЧНА ТЕХНОЛОГИЯ НА ДЪРВЕСИНАТА инж. ДАНИЕЛ ИВАНОВ КОЙНОВ РАЦИОНАЛНО ПРЕРАБОТВАНЕ НА ТЪНКА ОБЛА ДЪРВЕСИНА ОТ БЯЛ БОР В ПРОИЗВОДСТВОТО НА МАТЕРИАЛИ ОТ МАСИВНА ДЪРВЕСИНА АВТОРЕФЕРАТ на дисертационен труд за получаване на образователна и научна степен доктор професионално направление 5.13 Общо инженерство научна специалност Технология, механизация и автоматизация на дървообработващата и мебелната промишленост Научен ръководител: доц. д-р Нено Иванов Тричков Рецензенти: проф. д-р Веселин Стаменов Брезин проф. д-р Божидар Георгиев Динков София, 2018

2 Дисертационният труд съдържа 158 страници, 31 таблици и 55 фигури. Използваната литература включва 129 източника, от които 53 на кирилица, 50 на латиница. Използвани са 23 стандарта и 3 интернет източника. Защитата на дисертационния труд ще се състои на г. от 13,00 часа в зала 101, сграда А на ЛТУ, София, на открито заседание на Научно жури, утвърдено със заповед на Ректора на ЛТУ 140 от г., в състав: Председател: проф. д-р Веселин Стаменов Брезин Членове: доц. д-р Нено Иванов Тричков проф. дтн Христо Константинов Шехтов проф. д-р Божидар Георгиев Динков доц. д-р Тодор Лозанов Тодоров Резервни членове: проф. д-р Андрей Димитров Кавалов доц. д-р Живко Бонев Гочев Материалите по защитата на дисертацията (автореферат, рецензии и становища) са на разположение на заинтересуваните на интернет страницата на Лесотехническия университет, София както и в Деканата на факултет Горска промишленост, кабинет 221, сграда А, бул. Климент Охридски 10, София

3 ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД Актуалност За преодоляване на недостига на дървесна суровина, в световен мащаб се провеждат мерки в няколко основни направления търсене на нови суровинни източници, намаляване на отпадъците от дървесина при нейното преработване, по-пълно използване на получените отпадъци в други ефективни производства и затваряне на цикъла на употреба на дървесината при 0 отпадъци. Едно от направленията е рационално количествено и стойностно използване на тънката обла дървесина. Това направление се счита за особено актуално поради факта, че с нарастване потреблението на дървесина, делът на едрата строителна дървесина намалява, а средният диаметър на обработваната суровина намалява. В бъдеще за строителната промишленост ще е необходимо да се създават все по-хомогенни и ценово-конкурентни продукти от дървесина със структура, която да осигурява по-голяма дълготрайност и надеждност. Това може да се постигне чрез оптимизиране на дървесината чрез отстраняване на недостатъците ѝ и намаляване на отрицателното им влияние върху физико-механичните и експлоатационните ѝ свойства. Предмет на изследването е рационалното преработване на тънка обла дървесина в производството на материали от масивна дървесина (ММД). Обект на изследването са методите за рационално преработване на тънка обла дървесина от бял бор в производството на ММД. Практическа приложимост Резултатите, направените анализи, формулираните изводи и препоръки, произтичащи от изследванията в дисертационния труд относно рационално преработване на тънка обла дървесина от бял бор в производството на материали от масивна дървесина може да бъдат използвани от производителите на ММД с цел повишаване на количествените и стойностните добиви при преработката на тънки обли сортименти. Публикации по дисертационния труд Основните резултати от дисертационния труд са представени в 3

4 (три) броя научни публикации, списък на които е приложен в края на автореферата. Номерата на използваните в автореферата таблици и фигури са идентични с тези в дисертационния труд. СЪДЪРЖАНИЕ НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД I. СЪСТОЯНИЕ НА ПРОБЛЕМА Непрекъснатото нарастване на потребностите от дървесина, както и разширяване на нейното потребление и преработка води до увеличаване на дърводобива в горите. Според изследванията на много автори за в бъдеще се очаква остър недостиг на едра строителна дървесина, като за сметка на това делът на средна и дребна ще се увеличава. В литературата не са открити определения или количествени ограничения за понятието тънка обла дървесина. Съгласно действащия европейски стандарт БДС EN :2001, възприет и прилаган в Република България, облите материали са с минимален среден диаметър без кора от 10 cm и се разпределят на 10 класа по този размер. В настоящата дисертационна работа под понятието тънка обла дървесина е възприето да се разбира обла дървесина без кора с диаметър в тънкия край от 10 до 20 cm, добивана главно от отгледни сечи и от върховите части на сечнозрели дървета. Литературният преглед показва, че България разполага със значителни горски ресурси, възлизащ на 4,22 млн. хектара (38,04%), като от тях с гори са покрити 3,83 млн. хектара или 34,53%. Общият дървесен запас на страната възлиза на над 680,5 млн.m³, а годишният прираст е 14 млн. m³, което представлява 4 m³.ha -1. Повече от 1/3 (34%) от горския ни фонд представляват площите, залесени с иглолистни гори. Те представляват ha, от които повече от 52% ( ha) са залесени с гори от бял бор. Като широко разпространена и използвана, дървесината на белия бор е проучена във висока степен. Провеждани са експериментални изследвания и са получени резултати за нейните физични и механични свойства. Изследвани са експлоатационни показатели на изделия, произведени от дървесината на белия бор. Данните обаче за особеностите на тънката обла дървесина, произтичащи от размерите и наличието на 4

5 недостатъци и отражението им върху количественото използване липсват или са недостатъчни и не са актуални. Към настоящия момент в нашата страна няма утвърдени традиции в преработването на тънка обла дървесина. Няма изградени специализирани производствени мощности за преработване ѝ, не се прилагат специализирани за този вид суровина методи за разкрояване и производство на ММД. В литературата няма достатъчно сведения от проведени изследвания за рационалното използване на този вид суровина. Ето защо настоящият дисертационен труд е посветен на резултатите от изследвания върху рационално оползотворяване на тънката обла дървесина с цел производството на ММД. II. ТЕОРЕТИЧНО ПРОУЧВАНЕ 2.1. Понятието рационалност в производството на ММД В настоящия дисертационен труд под рационално преработване следва да се разбира всеки разумен подход, водещ до минимализиране на разходите и максимализиране на полезната печалба. Под разумен подход следва да се разбира подход, подчинен на естествената технологична последователност, подход, който е основан на използването на широко разпространени машини и съоръжения и не изисква приложение на нетрадиционни машини. Той трябва да бъде с висока технологичност, т.е. машинно обработване на дървесината и по-малко участие на ръчен труд Критерий за рационалност Рационално преработване на облата дървесина означава: производството на материали от масивна дървесина (ММД) при по-високи количествени добиви и по-малко количество отпадъци; по-високо качество на материалите и по-нисък относителен дял на недостатъците и дефектите в готовата продукция; производството на материали с по-голямо търсене на пазара. Във връзка с гореизложеното, в настоящата дисертационна работа в качеството на критерий за рационалност е възприет количественият добив. От горното следва, че по този критерий следва да се цели намаляване на обема на отпадъците ( минимализиране на загубите ) и увеличаване на количествените добиви ( максимализиране на полезността ). 5

6 2.3. Теоретично проучване В производството на ММД се прилагат редица методи за разкрояване на облата дървесина. Изборът на подходящ метод е в зависимост от вида и изискванията към готовата продукция, от размерните и качествените характеристики на изходната суровина. Поради ограничените размери по диаметър, от тънките трупи се произвеждат материали с квадратно напречно сечение и материали с правоъгълно сечение предимно с ограничени размери по дебелина и широчина. За получаване на максимални количествени добиви при разкрояване на обла дървесина са разработени редица теоретични методи на Фелдман и Княжевич, на Шапиро, Залгаллер, Титков и Гутерман, на Г. Стоев, Аксенов и др. За определяне на оптималните дебелини на тези материали широко се използва методът на Фелдман. Авторът теоретично е извел диспозиции за 1, 3, 4, 5, 7 дъски, от които по-широко се прилагат диспозициите за 1 и 3 дъски, включени в напречното сечение на трупите. За постигане на високи количествени добиви при разкрояване на напречните сечения на трупите и производство на един материал (вписване на един правоъгълник в напречното сечение на трупите) и постигане на найвисок количествен добив той трябва да бъде квадрат със страна 0,707d (диспозицията на Фелдман за 1 дъска). При получаване на 3 дъски следва да се произведе една греда с размери 0,707d x 0,707d и две симетрични дъски в подкапачната зона с дебелина 0,1d, т.е. да се приложи диспозицията на Фелдман за 3 дъски 0,1d; 0,707d; 0,1d. Теоретичният количествен добив при прилагане на диспозицията за 1 дъска е 63,66% без отчитане на сбеговата зона на трупите (методът на Фелдман в оригинал). Ясно е, че с отчитане на сбеговата зона количественият добив ще намалее с процента на дървесината в сбеговата зона. Подобни са резултатите при прилагане на диспозицията на Фелдман за 3 дъски, при което се използва общо 0,907 от диаметъра на трупите, а теоретичният количествен добив за d = 14 cm е 74,37%. На практика тези добиви не могат да се постигнат, тъй като се получават подкапачни дъски с широчина значително по-ниска от минималния стандартен размер пo широчина (100 mm), а размерът по дебелина е близък до минималния по стандарт (δ = 0,1хd = 14 mm) и не е предпочитан от потребителите. 6

7 За получаване на материали с правоъгълно напречно сечение (заръбени дъски, летви и др.) от тънки трупи най-често се прилага методът на остро бичене. За определяне на оптималните размери по дебелина в зависимост от диаметъра на трупите и мястото на дъската в напречното им сечение се прилага методът на Титков-Гутерман. Последният се е наложил в практиката поради факта, че отчита реалните разходи на дървесина и постигането на реални резултати. При приложение на метода на Титков се получават четни симетрични диспозиции за масово разкрояване на трупите. Един от основните недостатъци на метода е, че при определянето на оптималните дебелини на дъските се получават размери, които не съвпадат с тези по стандарт. Например за трупи с диаметър 16 cm оптималната диспозиция, определена по метода на Титков, е: 4, 9, 18, 26, 26, 18, 9, 4 (2.1) От горната диспозиция се вижда, че двете външни дъски, които се получават в подкапачната зона, са с дебелина и широчина под минималния стандартен размер, съответно 10 и 100 mm. От двете вътрешни дъски (с размери 18/124 mm и 26/152 mm) биха могли чрез допълнително заръбване да се получат дъски със стандартни размери, но последните не са предпочитани от клиентите. При прилагане на метода с по-малки диаметри (от 14 до 10 cm) резултатите са още по-незадоволителни. Поради посочените недостатъци, в практиката често се прилагат диспозиции, които са максимално приближени до теоретичните, но в тях са заложени стандартни размери + надмерки за съсъхване. Например такава диспозиция за трупи със същия диаметър (d = 16 cm) ще бъде 26, 32, 32, 26 (2.2) Горната диспозиция е отразена графично на фиг

8 Фиг Графично отразяване на диспозицията, определена по метода на Титков и приравнена към стандартни размери + надмерка за съсъхване на материалите От горната фигура се вижда, че дори в този случай периферните дъски (тези с размери 26/104 mm) след заръбване ще се получат с размери под минималните размери по широчина (номинален размер 100 mm + надмерка за съсъхване 5 mm = 105 mm) т.е. те ще се получат със заобленост. Освен това, намирайки се в периферната за напречното сечение на трупите зона, при заръбване под 90 градуса относителният дял на изрезките ще бъде много висок. Казаното дотук важи с особена сила за трупите с по-малък диаметър (от 10 до 15 cm) Възможност за по-рационално използване на тънка обла дървесина при производството на ММД Във връзка с констатираните недостатъци и намаляване на отражението им върху количествените добиви се предлага: 1. За облите материали с диаметър от 10 до 16 cm и производство на материали с квадратно напречно сечение (греди и бичмета) Разширяване на оптималния обхват от 0,707d от диспозицията на Фелдман до 0,9d (оптимален обхват за 3 материала по Фелдман) фиг. 2.4, 1,2. При този вариант ще се получат 4-странни греди със заобленост в 4-те ъгъла. Получената 4-странна греда със заобленост да се разкрои посредством взаимно перпендикулярни рязове на 4 сектори (фиг. 2.4, 3). След обръщане на секторите и последващо слепване да се получи 4-странна греда с формирани размери 0,9dx0,9d (фиг. 2.4, 4) 8

9 Фиг Схема на разкрояване на тънките трупи с разширен обхват до 0,9d и получаване на материали с квадратно напречно сечение Цели и мотиви на подхода: С реализирането на този подход ще се постигне по-високо използване на дървесината на тънките трупи до 0,9 от диаметъра в двете взаимноперпендикулярни направления на напречното сечение на трупите. При разкрояването на облите материали ще се намалят едрите отпадъци под формата на капаци и ще се постигнат по-високи количествени добиви. От тънки трупи ще се добият материали с по-големи размери на напречното сечение, които са по-търсени на пазара и имат по-голяма пазарна реализация. 2. За облите материали с диаметър от 17 до 20 cm и производство на материали с квадратно и правоъгълно напречно сечение (греди и дъски) I вариант облите материали се разкрояват на една квадратна греда с размери 0,7dх0,7d (фиг. 2.5, а); от получените дебели капаци, посредством разкрояване по дебелина се получават 4 незаръбени дъски с еднаква дебелина в подкапачните зони (по 1 дъска от всеки капак) фиг. 2.5; незаръбените дъски от подкапачните зони се заръбват така, че напречното сечение да бъде с форма на трапец фиг. 2.5, в; получените дъски се олепиляват и се слепват в плоча (фиг. 2.5, г) 9

10 Фиг Схема на метода за разкрояване на материали с диаметър от 17 до 20 cm и получаване на една квадратна призма и материали с трапецовидно напречно сечение II вариант трупите се разкрояват по метода остро бичене, като в средата се залагат 1, 2 или 3 по-дебели дъски в зависимост от диаметъра на трупите (фиг. 2.6, а); дъските от подкапачната зона (1 или 2) се заръбват така, че да се формира трапецовидно напречно сечение (фиг. 2.6, б). Получените материали с еднаква дебелина да се олепилят и слепят като формират плоча от масивна дървесина. Фиг Схема на метода за разкрояване на тънки трупи с диаметър от 17 до 20 cm и получаване на материали с правоъгълно и трапецовидно напречно сечение Цели и мотиви на подхода: При реализиране на този подход ще се постигне: Изпълнение на изискванията на метода на Титков, съгласно който за постигане на по-високи количествени добиви в централната част на трупите трябва да се залагат по-дебелите дъски и към периферната (подкапачната) зона дебелината им да намалява. Така при дъските от централната зона ще се намалят отпадъците под формата на изрезки при заръбване под прав ъгъл фиг. 2.6, а. 10

11 Намаляване на едрите отпадъци от заръбване на дъските от периферната зона. При традиционно заръбване под 90 о площта на изрезките е F = F T + F Z (фиг. 2.6, б). При заръбване с форма на трапец отпадъците при заръбването ще бъдат с площ F = F Z, т.е. тяхната площ ще намалее с площта F T, а при двустранно заръбване под форма на трапец с 2F T. Получаването на материали с трапецовидно напречно сечение и слепени в плоча от масивна дървесина (схемата от фиг. 2.5, г) е със значително по-големи форматни размери, които са предпочитани на пазара. При необходимост, от тези плочи биха могли посредством последващо разкрояване да се получат материали с подходяща, желана широчина. III. ИЗВОДИ ОТ ПРОВЕДЕНОТО ЛИТЕРАТУРНО И ТЕОРЕТИЧНО ПРОУЧВАНЕ. ЦЕЛ И ЗАДАЧИ НА ИЗСЛЕДВАНЕТО От направеното литературно проучване може да бъдат обобщени следните по-важни изводи: 1. Република България разполага със значителни горски ресурси, което се дължи на провежданата политика на стопанисване на горите в изминалите десетилетия, на значителните залесявания на обезлесени и увредени райони от територията на страната ни и на правилното ползване на дървесината. Сега горският фонд в България представлява 37,20% от общата територия на страната, като с гори са покрити 3749,12 млн. хектара или 33,70%. Общият дървесен запас на страната възлиза на над 600 млн. m³, а годишният прираст възлиза на 14 млн. m³. 2. Повече от 1/3 (34%) от горския ни фонд представляват площите, залесени с иглолистни гори. През 2015 г. те възлизат на ha, от които повече от 52% ( ha) представляват площите, залесени с бялборови гори, при които средният годишен прираст е 4 m³.ha Поради добрите климатични условия и провежданата в предишните десетилетия горскостопанска политика, в настоящия момент дървесината на белия бор заема съществено място в суровинния баланс на страната ни. Тази традиция ще продължи и в следващите години, което произтича от необходимостта от задоволяване на потребностите на промишлеността, строителството и бита от дървесина, от състоянието на горските ни ресурси. 4. Данните обаче за особеностите на тънката обла дървесина, произтичащи от размерите и наличието на недостатъци и отражението им 11

12 върху количественото използване липсват или са недостатъчни и не са актуални. 5. Тънката обла дървесина се получава от върховите части на дървесните стъбла или при провеждане на отгледни сечи. Във връзка с това на нея са присъщи редица недостатъци като: наличие на чепове, по-висок относителен дял на ювенилната дървесина, по-ниски физикомеханични показатели. От нея се произвеждат предимно материали с общо предназначение с ограничен асортимент греди, траверси, тънки дъски за ламперия и опаковки и др. Следва да се добави, че поради изброените особености и недостатъци, производствените и икономическите показатели при нейното преработване са ниски. Те са и в основата на причините да не се предпочита и дори да се избягва от преработвателите. 6. В литературата не са открити данни за приложение на специализирани методи за разкрояване, технологии и специфични машини за преработване на тънка обла дървесина. 7. В последните години особен интерес за строителството, за производството на мебели и за бита представляват слепените дървени материали, които се получават след отстраняване на недостатъците на дървесината и последващо слепване по определени размери и форма Няма сведения тази технология да се прилага при преработване на тънка обла дървесина и за получаване на слепени материали от масивна дървесина. Извършеното теоретично проучване може да се обобщи в следните по-важни констатации: 1. Приложението на известните теоретични методи на Фелдман и на Титков за съставяне на диспозиции и за разкрояване на тънка обла дървесина и получаване на материали с квадратно и с правоъгълно напречно сечение не могат да бъдат използвани в оригиналния им вид поради получаване на материали с по-ниски от стандартните размери или получаване на материали с минимални размери по дебелина и широчина, които не са предпочитани от потребителите. 2. При разкрояване на тънка обла дървесина и приложение на методите на Фелдман и Титков относителният дял на едрите отпадъци е висок. Те са под формата на неоползотворими капаци и изрезки от заръбване на дъските под 90 о. 12

13 3. Възможност за намаляване на тези отпадъци и по-рационално използване на дървесината в периферните зони е тънките трупи да се разкрояват с разширен обхват до 0,9d, последващо разкрояване на сектори и слепване в материал с квадратно напречно сечение. 4. Получаването на заръбени дъски от подкапачните зони, чиято дебелина е определена по метода на Фелдман (диспозицията за 3 дъски) или по метода на Титков не се препоръчва поради малката оптимална дебелина на дъските и получаването на едри отпадъци при заръбване под 90 градуса. За тези дъски се препоръчва по-висока, пазарно съобразена дебелина на дъските, последващо заръбване и получаване на материали с трапецовидно напречно сечение. Получените материали да се слепват в дървесна плоча, от която при необходимост може да се получат материали с желана широчина след разкрояване по широчина. Цел и задачи на дисертационния труд Въз основа на проведените литературно и теоретично проучвания и направените изводи и констатации е формулирана основната цел, а именно: Да се извършат експериментални изследвания и да се определят рационални методи за получаване на ММД от тънка обла дървесина на основата на размерно-качествената им характеристика. За изпълнение на формулираната цел са поставени за изпълнение следните задачи: 1. Да се извърши изследване на размерно-качествена характеристика на моделни стъбла от бял бор. Да се изследва наличието и разположението на недостатъците на дървесината от върховите части на стъблата като източник на тънка обла дървесина за производството на ММД. 2. Да се извърши проучване върху количествените добиви при разкрояване на надлъжните сечения на трупи от бял бор и получаване на ММД, отговарящи на изискванията на стандартите. 3. Да се проведат експериментални изследвания върху разкрояването на напречните сечения на облата дървесина с разширен обхват (до 0,9d) и получаване на материали с квадратно напречно сечение. 4. Да се проведат експериментални изследвания върху получаването на материали с трапецовидно напречно сечение от периферните зони на напречните сечения на трупите и получаване на слепени ММД. 13

14 IV. МЕТОДИКА НА ИЗСЛЕДВАНИЯТА 4.1. Обем и условия на експерименталните изследвания Поставената цел и задачи изискват извършването на определена по обем работа, а именно: добиване на моделни стъбла от бял бор; опитно разкрояване на експериментална обла дървесина по определени схеми; опитно разкрояване на тънки трупи с различен диаметър по традиционни схеми и методи и с разширен обхват на трионите; получаване на опитни образци на плочи от масивна дървесина с трапецовидно напречно сечение; изследване влиянието на факторите дебелина на дъските и ъгъл на скосяване с помощта на планиран двуфакторен експеримент; изпитване на физико-механичните качествени показатели на получените опитни образци; провеждане на вариационна-статистическа обработка и регресионен анализ на резултатите; извършването на анализ на резултатите и установяването на определени изводи в следствие на извършената работа Методика за изследване на размерно-качествената характеристика на тънка обла дървесина от бял бор Изборът на моделни дървета е проведен според изискванията на БДС ISO 4471:1997. Добити са 5 стъбла, които са окастрени и разкроени на секции с дължина L ТР = 4 m. Избраните моделни дървета са на възраст от 82 до 91 години. Окастрените моделни стъбла мислено са разпределени на секции с дължина 1 m. Всяка секция е обследвана за наличие, разпространение и размери на недостатъци съгласно БДС EN :2008. Схематично методиката за изследване и отразяване на размерите и недостатъците е представена на фиг Фиг Схема за определяне на размерни характеристики на моделни стъбла от бял бор За нуждите на изследването секциите с дължина 4 m са разкроени по метода остро бичене на дъски с дебелина 25 mm в Учебно-производствената база по дървообработване към УОГС Г. Ст. Аврамов

15 с. Юндола. Запазвайки естествено разположение на дъските в трупа, на същите е установено наличието, разположението и големината на недостатъците в дървесината (фиг. 4.6). Фиг Схема на заснемане разположението на чеповете 4.3. Методика за изследване на добивите на фасонирани материали, получени от тънка обла дървесина За установяване влиянието на недостатъците в тънките трупи върху количествените добиви са изследвани 2 основни метода на разкрояване надлъжно-напречно и напречно-надлъжно (фиг. 4.10) с предварително зададени точни дължини на детайлите l = 500, 800, 1000 и 1200 mm. А/ Б/ Фиг Схема на разкрояване: А напречно-надлъжно, Б надлъжно-напречно Количественият добив зависи от широчините на рязовете в напречна и в надлъжна посока, от широчините на детайлите. Той е установен с помощта на уравнението: 15

16 mm RR = ii=1 jj=1 bb iill jj 100, %, (4.13) BBBB където: bb ii е широчината на детайлите, m; ll jj дължината на детайлите, m; BB широчината на дъската, m; LL дължината на дъската, m; mm, nn броят на детайлите съответно по широчина и по дължина на дъската Методика за получаване на опитни образци на слепени дървени елементи Методика за разкрояване на тънки обли сортименти за получаване на опитни образци За нуждите на изследването с цел получаване на слепени опитни образци обли материали с d тк = cm са разкроени по метода остро бичене, по схемата, дадена във фиг nn Фиг Схема на разкрояване на тънки трупи с dтк = cm: δ е дебелината на дъските (δ1 = 20 mm; δ2 = 30 mm; δ3 = 40 mm); γ ъгълът, който се получава при оптимален размер на трапеца (γ = 50 ; γ'' = 70 ; γ''' = 90 ) Острият ъгъл в трапецовидното сечение се изменя от 50 до 90, като с отдалечаването на малката основа на трапеца от центъра, този ъгъл намалява. Надлъжните сечения, които се получават от централната част на трупите се заръбват под прав ъгъл 90, а крайните дъските от подкапачната зона с ъгъл 50. За тънки трупи с d тк = cm и производство на материали с 16

17 квадратно напречно сечение с разширен обхват до 0,9d е извършено разкрояване, показано на схемата на фиг Фиг Схема на разкрояване на тънки трупи с dтк = cm Първоначално се получава призма при разширен обхват (0,85 0,90)d. При този вариант ще се получат 4-странни греди със заобленост в 4-те ъгъла, която в последствие се разкроява посредством взаимноперпендикулярни рязове на 4 сектори. След обръщане на секторите и последващо слепване се получава 4-странна греда с формирани размери 0,9d x 0,9d Опитни материали, апаратура и съоръжения за получаване на опитните образци За получаване на опитните образци са използвани условията и машините в дървообработващите бази в УОГС с. Юндола и УОГС с. Бързия. За подготовка и тестване на пробните тела са използвани условията, апаратурата и измервателната апаратура на лабораториите Пресови изделия, Хидротермично обработване на дървесината и УПБ за мебели към ЛТУ. За статистическо обработване на експерименталните резултати са използвани техниката и софтуера на лаборатория Методи за експериментални изследвания и оптимизация към кат. МТД при ЛТУ. За слепване на получените надлъжни сечения след разкрояването на тънките обли сортименти е използвано двукомпонентно лепило на фирма AkzoNobel 1247/2526, отговарящо на клас D/4. Лепилото и втвърдителят за него са предоставени от фирма Technwood гр. Разлог, използвано в промишлени условия за производството на слепени греди, трегери, плотове и др. 17

18 4.5. Методика за изпитване на физико-механичните и качествените показатели на получените слепени дървени елементи От изследваните опитни образци на обли материали, слепени дървесни плочи и греди са взети проби за определяне на плътността и съдържанието на вода. Стойностите на тези физични показатели са определени при стриктно спазване на стандартизираните условия и изисквания Методика за изпитване на опитните образци за модул на еластичност при огъване и якостта при огъване, с една подвижна опора Определянето на модула на еластичност и якостта при огъване перпендикулярно на дървесните влакна на плочата е осъществено чрез прилагане на товар в средата на пробното тяло, закрепено на две опорни точки (фиг. 4.28). Модулът на еластичност е изчислен, като е използвана линейната част от диаграмата натоварване-деформация. Якостта при огъване за всяко пробно тяло е изчислена като отношение на огъващия момент при разрушаващото натоварване към съпротивителния момент на напречното сечение. Фиг Метод за определяне на модула на еластичност при огъване и якостта при огъване с една натоварваща греда: 1 пробно тяло, mm; F натоварваща сила, N; t дебелина на пробното тяло, mm; l1 = 20t, mm и l2 = (l1 + 50), mm. Модулът на еластичност при огъване за всяко пробно тяло е изчислен по формулата: EE mm = ll 1 3 (FF 2 FF 1 ) 4bbtt 3 (aa 2 aa 1 ), N. mm 2, (4.16) където: E m e модулът на еластичност при огъване, N.mm -2 ; 18

19 l 1 разстоянието между центровете на опорите, mm; b широчината на пробното тяло, mm; t дебелината на пробното тяло, mm. F 2-F 1 разликата между горната и долната граница на натоварване на пробните тела върху праволинейната част на диаграмата натоварване-деформация. F 1 трябва да бъде приблизително равна на 10% и F 2 приблизително равна на 40% от разрушаващото натоварване, N; a 2 a 1 разликата в измерванията на стрелката на провисване в средата на дължината на пробното тяло, съответстваща на F 2 F 1, mm. Якостта при огъване за всяко пробно тяло е изчислена по формулата: ff mm = 3FF mmmmmmll 1 2bbtt 2, N. mm 2, (4.17) където: f m е якостта при огъване, N.mm -2 ; F max разрушаващото натоварване, N. Пробните тела са с номинални размери на напречното сечение 15 х 75 mm, 25 х 75 mm и 35 х 75 mm Методика за изпитване на опитните образци за модул на еластичност при огъване и якост при огъване с две подвижни опори Модулът на еластичност при статично огъване е изчислен по формулата (4.18), а якостта при статично огъване по формулата (4.19). EE = 3aall2 4aa 3 където: 2bbh 3 ff 2 ff 1 FF 2 FF 1, N. mm 2, (4.18) σ = FF mmmmmmaa bbh 2, NN. mmmm 2, (4.19) E е модулът на еластичност при огъване, N.mm -2 ; σ якостта на огъване, N.mm -2 ; F max максималното натоварване, N; a разстоянието между двете натоварващи греди при огъване, mm а = 6h; 19

20 h дебелината на напречното сечение при огъване, mm; b широчината на напречното сечение на огъване, mm; l дължината на детайла за определяне на модул на еластичност, mm; F 2 F 1 нарастването на натоварване в нютони съответно при 40 и 10% от F max с коефициент на корелация 0,99 или по-добър; f 2 f 1 нарастването на деформацията в mm, съответстващи на F 2 и F Методика за изпитване на опитните образци от слепени греди за якост при огъване с една подвижна опора За целта на изследването слепените греди се изпитват за якост при огъване съгласно изискванията, като получените резултати се сравняват с механичните показатели на греди от натурална дървесина. Изпитването на пробните тела е извършено на универсална изпитвателна машина с една натоварваща греда (фиг. 4.30). Фиг Метод за определяне на якостта при огъване, с една натоварваща греда: 12 пробно тяло, mm; F натоварваща сила, N; t дебелина на пробното тяло, mm; l1 = 20t, mm и l2 = (l1 + 50), mm. Якостта при огъване за всяко пробно тяло е изчислена по формулата: ff mm = 3FF mmmmmmll 1 2bbtt 2, N. mm 2, (4.20) където: f m е якостта при огъване, N.mm -2 ; 20

21 F max разрушаващото натоварване, N. l 1 разстоянието между центровете на опорите, mm; b широчината на пробното тяло, mm; t дебелината на пробното тяло, mm Методика за провеждане на планиран експеримент и получаване на експериментално-статистически модели За определяне влиянието на факторите дебелина на материалите от масивна дървесина и ъгъла на скосяване на кантовете спрямо голямата основа, е изпълнен оптимален композиционен план от типа B 2. Данни за факторите, използвани в планирания експеримент, са показани в табл. 4.2 и табл Таблица 4.2. Диапазон на изменение на факторите, използвани за управляеми в експерименталната работа Наименование Фактори в явен вид Фактори в кодиран вид означениннино основ- означе- основ- долно горно долно горно Дебелина на дъските, mm δ X Ъгъл на скосяване, град. γ X Таблица 4.3. Матрица на планирания двуфакторен експеримент B 2 Фактори в явен вид Фактори в кодиран вид на Дебелина на дъските δ, mm вете, γ Ъгъл на скосяване на канто- опита X1 X Общият вид на модела, описващ количествената връзка между технологичните фактори и изходните величини, е от втора степен и е с най-общ вид: 21

22 22 kk YY = BB 0 + BB ii XX ii + BB iiii XX ii XX qq + BB iiii X i 2 ii=1 kk kk ii=1 qq=ii+1 kk ii=1 (4.21) където: YY е предсказаната по уравнението стойност на изходната величина; B 0, B i, B iq, B ii коефициенти на регресия; X i, X q стойностите на управляемите фактори; i, q пореден номер на факторите (i = 1, 2,, k; q = 2, 3,, k ). За определяне на адекватността и точността на изведените експериментално-статистически модели са използвани съответно дисперсионното отношение на Фишер (F изч) и мярката за детерминираност R Вариационно-статистическо обработване на експерименталните резултати За експериментални данни, получени при еднакви условия, са определяни вариационно-статистическите показатели: средноаритметична стойност, дисперсия, стандарт и показател на точността. Грубите измервания са отстранявани от статистическите извадки. V. РЕЗУЛТАТИ И АНАЛИЗ 5.1. Резултати от изследването върху размерно-качествената характеристика на стъбла от бял бор На базата на приетата методика и получените резултати може да се направят някои по-съществени констатации, имащи отношение към технологията за производство на материали от масивна дървесина. Избраните моделни стъбла на възраст от 82 до 91 години достигат височина до 24 m при приетия граничен диаметър 10 cm в тънкия край. От приложените резултати се установи, че и при петте обследвани стъбла сбежистостта не е равномерно разпределена по височината им. Тя е най-висока в приземните секции (от 0 до 8 m) и във върховите 1 2 секции и достига до 1,8 2,0 cm.m -1. В останалите средни за стъблото секции тя е в границите от 0,6 до 0,8 cm.m -1 (табл. 5.1). Средният процент на кората в изследваните стъбла от бял бор е от 6,80 до 12,20%. Тя не е с еднаква дебелина по височина на стъблото. Първите 2 3 секции са с най-висок процент на кората, като при някои стъбла достига до 23,60% в приземните секции. Върховите секции

23 също са с по-висок процент на кората и достига до 13,51%. Междинните секции (4-та и 5-а секция) са с най-нисък процент на кората и е в границите от 4,31 до 9,55%. Таблица 5.1. Размерни показатели на I моделно стъбло (L = 24 m, възраст 91 г.) стъбло/ секция Диаметър на секциите в тънкибелия в де- край край Сбежистост брой Наличие на чепове диаметър вид Обем на трупите Кора d, cm D, cm s, cm.m -1 бр.m 1 dkn, сраснали/ cm несраснали q, m³ k, % I,1 28,5 35,5 1,8 2 1 сраснали 0,322 13,97 I,2 26,5 28,5 0,5 5 2 сраснали 0,237 6,05 I,3 24,0 26,5 0,6 6 4 несраснали 0,199 2,91 I,4 19,5 24,0 0,9 7 4 несраснали 0,148 3,34 I,5 17,0 19,5 0,6 9 4 сраснали 0,102 7,74 I,6 10,0 17,0 1, сраснали 0,057 8,81 Общо за стъблото: Q =1,091 K = 6,80 Констатирани други недостатъци (витораслост, червоядина и др.): не са открити Данните от останалите четири моделни са приблизително сходни с тези от I моделно стъбло. Изследването върху наличието на чепове по външни белези (следи от клони) по повърхността на стъблата показа, че техният брой, диаметър и вид не е еднакво проявен и разпределен по височина на стъблата. Най-малък е техния брой и диаметър в приземните секции средно от 0 до 2 бр.m -1 с диаметър около 1 cm. Най-много следи от клони са регистрирани във върховите секции средно бр.m -1, с диаметър средно 6 cm. В приземните и върховите секции следите са от здрави клони, които формират сраснали чепове във вътрешността на дървесината. В средните секции са открити предимно следи от изсъхнали клони, които формират във вътрешността на дървесината падливи загнили чепове. Извършените измервания на диаметрите на стъблата позволиха да се изведат математически модели за образуващата на околната повърхнина на стъблата фиг

24 24 Фиг Графичен модел на околната повърхнина на стъблата Изчисленията показаха, че опитните резултати с най-висока точност се апроксимират посредством полиномен модел от 6-а степен (коефициентът на детерминация R 2 е със стойност над 0,9). Изведените математически модели за образуващата на околната повърхнина на трупите с кора и без кора са: Уравнение на образуващата на стъблата с кора: y = x x 5 +0,0015x 4-0,0357x 3 +0,4649x 2-3,4006x+24,531; R 2 = 0,9978, (5.1) Уравнение на образуващата на стъблата без кора: y = x 6-0,0001x 5 +0,0035x 4-0,0612x 3 +0,5991x 2-3,3649x+21,561; R² = 0,9953. (5.2) 5.2. Резултати от изследването върху количествените добиви при разкрояване на надлъжните сечения на тънки трупи от бял бор В резултат на проведените изследвания върху надлъжните сечения, получени след разкрояване на върховите части на стъблата, се установи наличие на голям брой чепове, разположени на линеен метър. Всички чепове са сраснали, но голяма част от тях са със сравнително голям диаметър (над 20 mm), а широчината на дъската е сравнително малка. Поради тези факти са налице ниски качествени добиви (табл. 5.6). След обследване на надлъжните сечения се установи, че разположението на чеповете не е групирано, а са разпръснати по цялата дължина и широчина на дъската. И не на последно място се забелязва наличие на смолни канали, сърцевина, както и голяма сбежистост. Всичко това води до нежелание на потребителите за използване на тази

25 дървесина. Таблица 5.6. Технически характеристики на дъски от бял бор, получени от тънки трупи на дъската Широчина на дъската в тесния в широкия край b, край B, mm mm Наличие на чепове бр.m 1 вид dср, mm Качество на дъската Получени от 20-тия до 24-ия метър по височина на моделно стъбло I, при dср = 13,5 cm I сраснали 9 11 III I сраснали III I сраснали IV Получени от 16-тия до 20-ия метър по височина на моделно стъбло II, при dср = 13,5 cm II сраснали IV II сраснали III II сраснали II II сраснали IV Получени от 16-тия до 20-ия метър по височина на моделно стъбло III, при dср = 14,7 cm III сраснали III III сраснали III III сраснали III Получени от 20-тия до 24-ия метър по височина на моделно стъбло IV, при dср = 17 cm IV сраснали III IV сраснали III IV сраснали II IV сраснали III Получени от 16-тия до 20-ия метър по височина на моделно стъбло V, при dср = 17 cm V сраснали III V сраснали III V сраснали III За нуждите на изследването с прилагане на методика на разкрояване върху надлъжните сечения: напречно-надлъжно и надлъжно напречно, показана на фиг. 5.4, но с предварително зададена дължина на детайлите l = 500, 800, 1000 и 1200 mm. 25

26 Фиг Схема (напречно-надлъжно) на разкрояване съгласно приетата методика Всички детайли са с една и съща дължина, което улеснява до голяма степен тяхното сортиране и подреждане. В това число последващите технологични операции разкрояване по широчина на многотрионни циркулярни машини и четиристранно рендосване, няма да бъдат затруднени. Детайлите с недостатъци недопустими от стандарта, може да бъдат използвани като междинни слоеве в производството на слепени дървени елементи и по конкретно използването им като суровина за трислойни плочи от масивна дървесина, кофражни платна, трислойни греди и др. В табл. 5.9 са представени количествени добиви на детайли в зависимост от тяхната дължина и широчина, както и от метода на разкрояване. Представените резултати в табл. 5.9 показват, че количествените добиви са най-високи при дължина на детайлите l = 500 mm и широчина b = 30 mm. При сравняване на двата метода на разкрояване се забелязва, че при надлъжно-напречния метод се получават общо 86 бр. детайли и 31 бр. без наличие на недостатъци (R вс. = 56,1%, R без деф. = 20,4%), а при напречно-надлъжно разкрояване количеството на детайлите достига 100 бр. (R = 65,8%) и на тези без недостатъци 47 бр. (30,9%). Анализът на данните след разкрояване на върховата секция от I моделно стъбло (табл. 5.9) при сравняване на двата метода показва, че найголямо количество дървесина и дървесина без недостатъци се получава при напречно-надлъжен метод. При разкрояване на надлъжните сечения на детайли с широчина b = 30 mm и дължина l = 500 mm се установи, че при напречно-надлъжно разкрояване количественият добив (R вс. = 65,8% 26

27 100 бр.) се завишава с 10% в сравнение с надлъжно-напречно разкрояване (R вс. = 56,1% 86 бр.). Тенденцията се запазва същата и в качествено отношение, при напречно-надлъжен метод R без деф. = 30,9% (47 бр.) и R без деф. = 20,4% (31 бр.) при надлъжен-напречен метод. Таблица 5.9. Количествени добиви на детайли, получени от върхова секция на I моделно стъбло (d ТК = 10 cm и обем q = 0,057 m 3 ) b, mm l, mm Получени детайли Количествени добиви, % спрямо обема на дъските Общо количество, бр. без дефекти, бр. спрямо обема на трупа Rвс. Rбез деф. Rвс. Rбез деф. Схема на разкрояване: Надлъжно-напречен метод ,0 23,7 56,1 20, ,3 18,9 56,8 15, ,5 13,1 56,6 10, ,8 12,3 55,1 9,7 Схема на разкрояване: Напречно-надлъжен метод ,4 37,2 65,8 30, ,0 30,6 62,1 25, ,1 19,4 59,2 15, ,7 18,2 58,8 14,6 Схема на разкрояване: Надлъжно-напречен метод ,9 8,9 47,4 7, ,4 2,2 45,1 2, ,1 2,6 44,7 2, ,9 3,2 44,2 3,2 Схема на разкрояване: Напречно-надлъжен метод ,7 16,9 57,9 14, ,2 6,8 50,5 6, ,1 2,6 44,7 2, ,1 7,0 50,5 6,3 Схема на разкрояване: Надлъжно-напречен метод ,3 3,3 41,4 2, ,5-37, ,9-37, ,6-33,2 - Схема на разкрояване: Напречно-надлъжен метод ,2 7,4 51,3 6, ,1-50, ,5-47, ,5-47,4-27

28 Разликите в относителния дял на общото количество дървесина при разкрояване на детайли с широчини 30 mm, 60 mm и 90 mm са незначителни. При разкрояване на детайли с широчина b = 30 mm и дължина l = 500 mm общото количество дървесина (R вс.) е 65,8% (100 бр.), при 60 mm 57,9% (44 бр.), а при 90 mm 51,3% (26 бр.). Това намаляване на количествения добив при различна широчина на детайлите, но с постоянна дължина, е в следствие на факта, че надлъжните сечения са с много голяма сбежистост (s = 1,8 2,0 cm.m -1 ) и към тесния край на дъската възниква затруднение да се получат детайли с кратна широчина, особено при 60 и 90 mm. Поради тази причина сравнителна част от дървесината се губи под формата на изрезки и едри отпадъци. По-съществени са разликите в количеството на дървесината без недостатъци (R без деф.). При разкрояване надлъжните сечения на детайли с широчина 30 mm, количеството на дървесината без недостатъци е 30,9% (47 бр.), при 60 mm 14,5% (11 бр.), а при 90 mm 6,1% (3 бр.). С увеличаване дължината на детайлите, количествените добиви при всички широчини на детайлите значително намаляват. Особено отражение върху количеството на качествената дървесина оказва дължината на детайлите, поради големия брой на недостатъците във върховите секции на моделните дървета. При детайли с широчина b = 30 mm и дължина l = 1200 mm R без деф. = 14,6% (9 бр.), при b = 60 mm R без деф.=6,3% (2 бр.) и при b = 90 mm детайли без наличие на недостатъци не може да се получат. Проведените изследвания относно разкрояване на върховите секции на петте моделни стъбла и направения анализ на данните показва, че при всички дължини и широчини на детайлите най-рационално оползотворяване на дървесината се постига при напречно-надлъжния метод. От направения експеримент може да се прецени по кой вариант е по-оптимално да бъдат разкроени получените надлъжни сечения, в зависимост от това кое е водещо, дали дължина или широчина на детайлите Резултати от изследванията върху разкрояването на тънка обла дървесина с разширен обхват и получаване на материали с квадратно напречно сечение Резултати от изследването, свързани с установяване на количествените добиви при разкрояване на тънки трупи с разширен обхват до 0,9d за производство на слепени греди с квадратно напречно сечение са представени в табл

29 Таблица Количествени добиви при разкрояване на тънки трупи с разширен обхват до 0,9d за производство на слепени греди с квадратно напречно сечение Размери на гредите с Фактически размери на слепените греди Размерни характеристики на трупите разширен обхват 0,9d диаметър среден Фактически на дължина размери на теоретични дължи- Rф, % в тънкия сбег диаметъние обем размери сече- дължина обем трупа край dтк, cm L, m s, cm.m -1 dср, cm q, m 3 а1, mm а2, mm l, m а1, mm а2, mm l, m v, m ,5 4,12 1,0 16,6 0, ,5 130,5 4, ,12 0,059 66, ,0 4,08 0,8 12,6 0,051 99,0 99,0 4, ,08 0,033 65, ,5 4,07 0,9 17,3 0, ,5 139,5 4, ,07 0,066 68, ,0 4,08 0,8 18,6 0, ,0 153,0 4, ,08 0,082 73,9 8 11,5 2,02 0,5 12,0 0, ,5 103,5 2, ,02 0,018 80, ,0 2,02 0,5 12,5 0, ,0 108,0 2, ,02 0,020 79, ,0 2,02 0,8 10,8 0,019 90,0 90,0 2, ,02 0,014 76, ,0 2,02 1,0 12,0 0,023 99,0 99,0 2, ,02 0,017 75, ,0 2,03 1,0 12,0 0,023 99,0 99,0 2, ,03 0,017 74, ,5 2,02 1,0 13,5 0, ,5 112,5 2, ,02 0,022 76,2 6 12,5 2,02 0,5 13,0 0, ,5 112,5 2, ,02 0,021 79, ,5 2,02 1,0 14,5 0, ,5 121,5 2, ,02 0,026 79,3 29

30 От получените експериментални данни се установи, че дължината на трупите влияе много съществено върху количествените добиви. Сравнявайки количествените добиви, получени от разкрояването на трупи с дължина 4,0 m и тези с дължина 2,0 m може да се установи, че при по-късите трупи количествените добиви са по-високи. Причината за това е по-голямото количество дървесина в сбеговата зона, което отпада под формата на капаци при формиране на гредите. С намаляване на дължината на трупите относителният дял на дървесината в сбеговата зона намалява, а с това се увеличават и количествените добиви. Количествените добиви, получени при слепените греди в сравнение с традиционното бичене (0,707d) са значително по-високи с 25 30%. Така например при производство на греда със страна 0,707d, количественият добив е R ф = 45,6%, получен от разкрояване на труп с диаметър 16,9 cm. При получаване на слепена греда със страна 0,9d, количественият добив е R ф = 73,9% и е получен от труп с диаметър 17,0 cm. Подобни са данните и с други опитни образци. Количествените добиви са съответно R ф = 48,9% (0,707d) и R ф = 79,3% (0,9d), получени от трупи с диаметри 13,7 cm и 13,5 cm. Интерес за практическото приложение на слепените греди, получени от тънка обла дървесина от бял бор представляват основните физични и механични показатели (фиг. 5.5). Резултатите показват, че плътността на гредите ρ, получени след слепване на дървесните елементи е в границите от 490 до 500 kg.m -3. Установената плътност на гредите със страна 0,707d е в границите от 550 до 555 kg.m -3. Фиг Изпитване на слепени греди и греди от натурална дървесина Якостните показатели са изпитани на 10 греди, получени от слепени елементи от тънки трупи и на 4 греди от масивна (натурална) дървесина. Резултатите са показани в табл и табл

31 Таблица Якост на огъване и модул на еластичност при огъване на слепени греди Размерни характеристики на пробните тела Якост на огъване Модул на еластичност а1, mm а2, mm l, m σог, N.mm -2 E, N.mm ,02 40, , ,03 39, , ,02 46, , ,02 61, , ,02 55, , ,02 64, , ,03 45, , ,02 54, , ,02 56, , ,02 62, ,59 От приложените данни се вижда, че якостта при статично огъване на слепените греди варира в границите от 39,29 до 64,90 N.mm -2, а модулът на еластичност от 7259,43 до ,20 N.mm -2 (табл. 5.16). Получените резултати имат само ориентировъчен характер. Аргументирани заключения не може да се направят поради малкия брой пробни тела и наличие на груби наблюдения. Някои от пробните тела се разрушиха в зона с падливи чепове, а съответните данни не може да бъдат използвани за сравнение с останалите резултати. При същите условия на изпитване са получени резултати за якостта на огъване и модула на еластичност на греди, произведени от масивна дървесина и големина на страната 0,707d (табл. 5.17). Таблица Якост на огъване и модул на еластичност при огъване на греди от натурална дървесина Якост на огъвантичност Модул на елас- Размерни характеристики на пробните тела а1, mm а2, mm l, m σог, N.mm -2 E, N.mm ,02 56, , ,02 64, , ,02 47, , ,02 64, ,13 При сравнение на данните от двете таблици се вижда, че резултатите 31

32 за якостта на огъване са съпоставими при двата вида греди. Така например при греда 6 от табл якостта на огъване е 64,90 N.mm -2 при размери на напречното сечение 86х87 mm. При приблизително същото напречно сечение (85х85 mm) за греда 2 от табл определената якост на огъване е 64,19 N.mm -2. Якостта на огъване за греда 8 от табл е 54,76 N.mm -2 при размери на сечението 100х102 mm, а на съответната греда от табл ( 1) e 56,21 N.mm Резултати от изследванията за получаване на слепени материали с трапецовидно напречно сечение В изпълнение на поставената цел и задача са получени образци на дървесни плочи, чрез слепване на материали с трапецовидно напречно сечение. Изпълнен е планиран двуфакторен експеримент В 2 с вариране на факторите дебелина на дъските и ъгъл на скосяване на дъските. Опитите от експерименталната матрица са дублирани с n повторения, а получените при еднакви експериментални условия резултати са обработени по методите на вариационната статистика Резултати от вариационно-статистическата обработка на данните от експеримента В дисертационната работа в табличен вид са представени резултатите от вариационно-статистическата обработка на експерименталните резултати за изследваните експлоатационни показатели. Те показват: Резултатите за експлоатационните показатели от изпитаните пробни тела са в 95%-овия интервал на достоверност и в границата на допустимата грешка. Тези резултати са получени след отстраняване на пробните тела с недопустими дефекти като наличие на чепове, сърцевина и др., както и след отстраняване на грубите наблюдения. Дисперсиите SS xx 2 са сравнително еднородни в рамките на проведения експеримент. За различните показатели тя се изменя в различни граници както следва: при якостта на огъване с една опора от 0,22 до 3,65 N.mm -2, за якостта на огъване с две опори от 0,40 до 3,31 N.mm -2, за модула на еластичност с една опора от 4191 до N.mm -2 и за модула на еластичност с две опори от 1990 до N.mm Анализ на резултатите за експлоатационните показатели на дървесни плочи, получени от материали с трапецовидно напречно сечение В табл са дадени обобщени резултати от проведения планиран двуфакторен експеримент с данни за експерименталната матрица и 32

33 средноаритметичните стойности за изследваните експлоатационни показатели за всеки опит. Таблица Резултати от проведения планиран експеримент за изследваните показатели на слепените елементи с трапецовидно напречно сечение Фактори в явен и кодиран вид Изследвани показатели на опита δ, mm γ, о σ 1, E 1, σ 2, E 2, Х1 Х2 N.mm -2 N.mm -2 N.mm -2 N.mm ,41 350,2 4,5 456, ,92 372,6 3,81 438, , ,8 4, , , ,3 4, , , ,0 4, , ,46 345,6 4,31 393, ,00 376,6 3,01 396, ,82 421,01 3,09 567, ,89 432,73 2,61 273,3 С използване на средноаритметичните стойности за всеки опит от експерименталната матрица са изведени регресионни модели, даващи функционалната връзка между изследваните експлоатационни показатели и управляемите технологични фактори. Общият вид на тези модели е: yy = BB 0 + BB 1 xx 1 + BB 2 xx 2 + BB 12 xx 1 xx 2 + BB 11 xx BB 22 xx 2 2 (5.3) Коефициентите на регресия в кодиран вид и критериите за адекватност и точност на моделите са показани в табл От приведените резултати в табл се вижда, че изведените експериментално-статистически модели вярно (адекватно) и точно описват изследваните експлоатационни показатели и може да бъдат използвани за анализ. 33

34 Таблица Коефициенти на регресионните уравнения и критерии за адекватност и точност на моделите Коефициенти и критерии Коефициенти на уравненията за изследваните показатели σ 1, N.m -2 E 1, N.m -2 σ 2, N.m -2 E 2, N.m -2 BB 0 5, ,34 2,79 307,33 BB 1 0, ,11 0,23 419,28 BB 2-0,143 88,58-0,048 0,20 BB 12 0, ,77 0,298 51,87 BB 11 1, ,13 1,57 430,25 BB 22-0,947 58,16 0, ,50 Показатели и критерии за точност и адекватност на уравненията νν νν FF кр 9,01 9,01 9,01 9,01 ад FF изч т FF изч 8,22 5,12 7,54 4,06 12,95 20,54 17,86 26,71 R 0,978 0,986 0,983 0,989 Видно от положителните стойности на регресионните коефициенти пред фактора X 1 (дебелина на материалите), якостта на огъване при натоварване с 1 и с 2 опори ще се увеличава с увеличаване на дебелината на материалите. Зависимостите и за двата показателя имат параболичен характер. Както се вижда от фиг. 5.6, с увеличаване на дебелина на материалите якостта на огъване при натоварване с една опора първоначално намалява, след което се увеличава и достига максимална стойност при най-голямата дебелина и среден ъгъл на скосяване на дъските (γ 70 ). Подобна е тенденцията при изменение на якостта на огъване при натоварване с две опори, при която най-висока стойност се постига при най-голяма дебелина на дъските и приблизително най-висок ъгъл на скосяване. 34

35 Фиг Изменение на якостта на огъване в зависимост от дебелината на дъските (Х1) и ъгъла на скосяване (Х2) при натоварване с една опора Анализът на резултатите показва, че взаимодействието между факторите дебелина на дъските и ъгъл на скосяване е значимо както от статистическа, така и от технологична гледна точка. Взаимодействието между двата фактора, моделирано в уравненията посредством коефициента B 12 пред регресора x 1x 2 е статистически значим и е с положителна стойност. На графичното представяне на моделите това взаимодействие е представено чрез нееднаквото разстояние между линиите от фамилията криви, измерено по ординатната ос, т.е. линиите не са еквидистантни. В технологично отношение нарастването на якостта на огъване при натоварване с една и с две опори в зависимост от взаимодействието между двата фактора може да се обясни с нарастване на контактната площ, която подлежи на олепиляване и на слепване. По-съществено влияние измежду двата фактора оказва дебелината на материалите. Коефициентът пред фактора х 1 (В 1 = 0,608 при натоварване с една опора и В 2 = 0,23) е с положителен знак и по-висока стойност в сравнение с коефициентите пред фактора х 2. От табл се вижда, че за проведения двуфакторен експеримент модулът на еластичност при натоварване с една опора Е 1 варира в границите от 345,3 до 1667,3 N.mm -2. При натоварване с две опори границите на изменение са от 273,3 до 1420,7 N.mm -2. Изменението на модула на еластичност в зависимост от дебелината 35

36 на дъските и ъгъла на скосяване е графично представено във фиг Фиг Изменение на модула на еластичност в зависимост от дебелината на дъските (Х1) и ъгъла на скосяване (Х2) при натоварване с една опора От анализа на получените данни може да се забележи, че изменението на модула на еластичност на дървесни плочи, получени от слепване на материали с трапецовидно напречно сечение, в зависимост от дебелината на материалите и ъгъла на скосяване бележи подобни тенденции и зависимости на тези при показателя якост на огъване Основни изводи от проведените експериментални изследвания 1. Белият бор формира сравнително прави и стройни стъбла, а получените секции от него (трупи за бичене) са прави и с ниска сбежистост от 1,3 до 1,8 cm.m -1 в приземните и върховите секции и от 0,6 до 0,8 cm.m -1 в междинните секции. 2. Средният процент на кората в изследваните стъбла от бял бор е от 6,80 до 12,20%. Тя не е с еднаква дебелина по височина на стъблото. Първите 2 3 секции са с най-висок процент на кората, като при някои стъбла достига до 23,60%. Върховите секции също са с по-висок процент на кората и достига до 13,51%. Междинните секции (4-та до 5-та секция) са с най-нисък процент на кората, където е в границите от 4,31 до 9,55%. 3. От недостатъците на дървесината с най-висока честота на срещаемост са чеповете. Техният брой, диаметър и вид не е еднакво проявен