專利名稱：一種提高木材硬度和強(qiáng)度的壓縮方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提高木材硬度和強(qiáng)度的壓縮方法及設(shè)備，尤其是能對(duì)所采伐的原木進(jìn)行加工以提高其硬度，從而提高木制品質(zhì)量的壓縮方法及設(shè)備。
通常，為防止木制品由于其內(nèi)部引起的變形，如裂縫和扭曲等，木材中所含的水份必須在處理原木時(shí)最大限度地去除。
然而，已有技術(shù)的木材處理方法使用自然干燥法和人工干燥法來減少木材中所含水份的百分率，但是，這些方法需要較長(zhǎng)的時(shí)間使木材干燥，因此，導(dǎo)致制品成本的增加。
采伐時(shí)的木材是在生長(zhǎng)過程中，所采伐的木材在其纖維中含有大量的水份，含水份的纖維是以連續(xù)分布狀態(tài)貯存細(xì)小的水份的。
在最大限度地干燥木材中所含水份的情況下，由于水份的存貯處變成空的，因此，纖維的密度下降，所以，出現(xiàn)材料硬度降低的問題。
由于木材的這種特性，木制品的硬度和耐久性可能減弱，因此，最好是木材具有較低的水份百分率和較高的密度。
本發(fā)明的目的在于提供一種能提高木材的硬度和強(qiáng)度的壓縮方法及設(shè)備，可以節(jié)約處理時(shí)間，同時(shí)提高木制品的質(zhì)量和耐久性。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種提高木材硬度和強(qiáng)度的壓縮方法，主要內(nèi)容是把標(biāo)準(zhǔn)化的原木一端插入壓力成形模具的園柱形成形模內(nèi)，另一端固定在帶凸輪的夾盤上，通過活塞施加一定的軸向壓力，將木材往成形模內(nèi)擠壓，通過具有凸輪滑槽的凸輪導(dǎo)向裝置與凸輪的配合使木材產(chǎn)生交替的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，裝在雙向成形模上部且與垂直軸成一給定傾斜角度的超聲波發(fā)生裝置產(chǎn)生的聲振動(dòng)經(jīng)超聲波聚能裝置，施加到木材上，木材通過壓力成形模具和成形模時(shí)，樹汁被擠出、木材的纖維被壓縮。
一種提高木材硬度和強(qiáng)度的壓縮設(shè)備，其主要結(jié)構(gòu)是帶有若干孔的園柱形管狀壓力成形模具傾斜地裝在成形裝置主體的上部，園柱形成形模裝在壓力成形模具的前面，標(biāo)準(zhǔn)化的原木插在成形模的開口內(nèi)，超聲波發(fā)生器裝在成形模的上部，超聲波聚能器裝在超聲波發(fā)生器的下部，稍稍傾斜地對(duì)著木材軸向的一側(cè)，活塞相應(yīng)地裝在壓力成形模具和成形模的0-0’軸線上，在油壓活塞的前端，設(shè)有能夾持原木的帶凸輪的夾盤，固定在原木的軸線方向的凸輪導(dǎo)向器設(shè)在夾盤的一例，凸輪導(dǎo)向器內(nèi)設(shè)有可與凸輪相配合的使原木能進(jìn)行交替轉(zhuǎn)動(dòng)的凸輪滑槽。
本發(fā)明由于木材中含的水份可以通過一種特殊的擠壓加工處理方法均勻地去除，無(wú)需使用已有技術(shù)來干燥所采伐的原木，大大地節(jié)約處理時(shí)間；由于木材的纖維規(guī)則地收縮，不會(huì)由此產(chǎn)生變形，均勻增加木材的密度，提高了木材的質(zhì)量；由于能不受木材缺陷的影響，去除變形，如裂縫和扭曲，可以防止木材資源的浪費(fèi)。
下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的方法和所用裝置。
圖1是依據(jù)本發(fā)明提出的一個(gè)實(shí)施例所用裝置的剖視圖；圖2是圖1的縱向剖視圖；圖3是圖2的透視圖；圖4是主要部件的放大圖；圖1中，一個(gè)具有高抗壓強(qiáng)度的園柱形管狀壓力成形模具2，如鐵管，傾斜地裝在成形裝置主體1的上部，由此保持一個(gè)固定的傾斜度θ，用于把樹汁引入下面部份的多個(gè)孔2a，它們貫穿在壓力成形模具2的主表面上，用于接收樹汁的接收盤14裝在壓力成形模具2的下方。
一個(gè)園柱形壓力成形模3(以后稱形狀成形模)，裝在壓力成形模具2的前面，原木插在所述的成形模3內(nèi)，一個(gè)超聲波發(fā)生器15裝在成形模3的上部，而超聲波聚能器16裝在超聲波發(fā)生器15的下部，以便能稍稍傾斜地對(duì)著木材10軸向的一側(cè)。
待處理的木材10置于成形模3的開口側(cè)，在其后面，一個(gè)油壓活塞4相應(yīng)地裝在壓力成形模具2和成形模3的0-0’軸線上，在油壓活塞4的前端，一個(gè)能夾持木材10的夾盤6用墊片7和螺栓8安裝固定，以便在左右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由夾爪9夾持住木材10。
一個(gè)固定在木材10的軸線方向的凸輪導(dǎo)向器13設(shè)在夾盤6的一側(cè)，而凸輪導(dǎo)向器13內(nèi)設(shè)有凸輪滑槽12，裝在夾盤6兩側(cè)的凸輪(凸桿)11稍稍導(dǎo)入凸輪滑槽12(如圖4)，由此，木材10當(dāng)順時(shí)針和逆時(shí)針交替轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)強(qiáng)迫地插入壓力成形模具2內(nèi)，亦即，在推入成形模3時(shí)實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
下面用本發(fā)明的前述結(jié)構(gòu)詳細(xì)說明使原木纖維變硬的方法步驟。
本發(fā)明使用的木材包括采伐后未干燥的木材，同樣還包括剛采伐的木材。但是，長(zhǎng)時(shí)間沒有干燥處理過的木材，例如，松木、柳木和白楊木等都作為本發(fā)明無(wú)效的木材。
按照本發(fā)明，將被處理的木材10裝載到成形模3的開口的管內(nèi)，木材10的前端可以插入其內(nèi)，而木材的另一端通過裝在成形模具2軸線上的夾盤6的夾爪9夾持，同時(shí)活塞4在其端面上施加一定的壓力。由于裝在夾盤一側(cè)的凸輪11當(dāng)活塞4向前推動(dòng)時(shí)被導(dǎo)入凸輪滑槽12中，木材10交替地順時(shí)針和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，亦即，實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
與此同時(shí)，由超聲波發(fā)生器15產(chǎn)生的聲振動(dòng)經(jīng)超聲波聚能器16三維地施加到木材10上。
由于超聲波聚能器16和雙向的成形模3不是連接在同一軸線上，而是傾斜連接(如圖2,A′A′,AA)，超聲波發(fā)生器15產(chǎn)生的超聲振動(dòng)V分成立體聲的聲振動(dòng)V1,V2和V3，而V1是按成形模3的軸向傳送，V2按垂直于成形模3的軸向傳送(徑向)，而V3按成形模3圓周的切線方向傳送(如圖3)傳送到成形模3的立體聲聲振動(dòng)V1、V2和V3的特征在于按垂直方向傳送到成形模3的聲波波長(zhǎng)比成形模3的表面大小長(zhǎng)。
通過如上結(jié)構(gòu)的裝置，裝載在成形模3的木材10，在成形模3的軸線方向受到來自活塞4的一定壓力和立體聲的聲振動(dòng)V1、V2和V3的作用而收縮，因此，當(dāng)受到與成形模3的開口形狀相應(yīng)的壓力作用時(shí)進(jìn)入壓力成形模具2中，由此獲得在其整個(gè)體積上的均勻的硬度和強(qiáng)度。軸向的恒壓和傳送到超聲聚能器16、成形模3的立體聲的聲振動(dòng)V1、V2和V3同時(shí)在軸向上、徑向上和切向上施加到木材10的整個(gè)體積上，使纖維的密度和強(qiáng)度產(chǎn)生微小變化，但沒有破壞木材的結(jié)構(gòu)。
因此，恒壓和立體聲的聲振動(dòng)使含水份的細(xì)縫(biretta)和小孔壓縮變窄，從而使水份從中被擠出，即木材10的樹汁，由此，使木材10變硬，但不會(huì)改變木材10的結(jié)構(gòu)。
如果只是壓縮木材10，而不施加交替的轉(zhuǎn)動(dòng)和立體聲的聲振動(dòng)，由于與壓力成形模具2的內(nèi)壁摩擦而引起的摩擦力使木材10傳送困難，且必須在成形模3的軸向上施加較高的恒壓，這樣，木材10的結(jié)構(gòu)有可能被破壞，且木材的材質(zhì)也由于在木材10內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力而受到影響。
然而，按照本發(fā)明，因?yàn)殚L(zhǎng)木材10是伴隨立體聲的聲振動(dòng)傳送受壓縮的，立體聲的聲振動(dòng)傳送到木材10上，而在壓力成形模具2的摩擦力實(shí)際上已被降低，同時(shí)，當(dāng)木材10線性地輸送時(shí)，通過凸輪導(dǎo)向器13內(nèi)的凸輪滑槽12自然地產(chǎn)生交替的轉(zhuǎn)動(dòng)力，這樣，與壓力成形模具2的摩擦由于聲振動(dòng)、恒壓和交替的轉(zhuǎn)動(dòng)力而降低，木材10平穩(wěn)地插入。因此，木材10可以用較小的壓力壓縮，并且，木材10可以在其整個(gè)體積內(nèi)均勻地保持高密度，而不會(huì)損壞。換言之，由于轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)施加到木材上的應(yīng)力具有交替的振動(dòng)效果，因此，在處理木材10時(shí)很容易從木材中擠出水份，以便使木材保持均勻的密度和硬度，而不會(huì)變形。
超聲波聚能裝置16的幅射表面設(shè)在成形模3的開口處，在該位置，木材10以最大的聚集聲能插入成形模3的開口，獲得最有效的處理，同時(shí)，處于最經(jīng)濟(jì)地保持傳送聲波波長(zhǎng)的狀態(tài)。
如上所述，活塞4的恒壓按木材10的軸向施加到在成形模3內(nèi)的木材10上時(shí)，由凸輪11和凸輪導(dǎo)向器13產(chǎn)生的交替轉(zhuǎn)動(dòng)力也施加到木材10上，與此同時(shí)，超聲波發(fā)生器15產(chǎn)生的單向聲振動(dòng)V被聚集到超聲波聚能器16上，而立體聲的聲振動(dòng)V1、V2和V3通過成形模3傳送到木材10上。木材10被傳送到壓力成形模具2時(shí)，被壓縮成與成形模3(壓力成形模具2)相同的形狀，由此被壓縮處理。經(jīng)上述方法處理的木材可以作為具有均勻密度和硬度的高質(zhì)量木材使用。
按照本發(fā)明，木材中含的水份可以在壓縮處理時(shí)通過壓力成形模具2的孔2a流出，這樣，從木材中擠出的水份可以通過特殊處理作為保健飲料使用。
因此，本發(fā)明的壓縮方法還可以通過應(yīng)用水份擠壓抽取裝置獲得生產(chǎn)保健飲料的附加經(jīng)濟(jì)效益。
實(shí)施例1用楊木(直徑61m/m，長(zhǎng)500m/m，密度0.42克/公分3的半成品木料插入具有直徑為54m/m的成形裝置的園錐形孔內(nèi)，當(dāng)聲波波長(zhǎng)傳送到超聲波聚能器時(shí)，通過活塞4以每秒6m/m的速度施加4900公斤的恒壓。與此同時(shí)，半成品木料如前所述往返轉(zhuǎn)動(dòng)，第一次轉(zhuǎn)角設(shè)定為0.9°，當(dāng)半成品木料進(jìn)入成形裝置時(shí)，設(shè)定為0.2°，交替轉(zhuǎn)動(dòng)速度設(shè)定為0.12/秒=360÷12/秒。
作為壓縮處理后的干燥制品，木制品的密度增加1.5倍，直徑變?yōu)?3m/m，耐久性增加二倍，密度增加1.8倍。
通過X光攝影，證明木材的結(jié)構(gòu)均勻地受到壓縮。
從外皮到中心的密度差為8％到10％，對(duì)于長(zhǎng)木材，可以取得更好的結(jié)果。
其間，在沒有施加交替轉(zhuǎn)動(dòng)壓縮木材的情況下，恒壓必須設(shè)定為7000公斤，活塞速度必須設(shè)為3m/m/秒，才能使木制品密度增加1.5倍。
因此，證明聲振動(dòng)和交替轉(zhuǎn)動(dòng)在木材壓縮處理中是非常有效的要素。
在強(qiáng)制壓縮木材10的處理過程中，聲振動(dòng)通過加速分子運(yùn)動(dòng)，使木材的結(jié)構(gòu)密實(shí)，提高木材10的壓縮效果。如果聲振動(dòng)施加到木材的分子結(jié)構(gòu)上，木材的分子運(yùn)動(dòng)加速，如果由活塞4產(chǎn)生的恒壓和交替轉(zhuǎn)動(dòng)力施加到壓力成形模具2上，在木材結(jié)構(gòu)中最易碎的是含水份的細(xì)縫(birettes)，孔最容易收縮，由此，水份被強(qiáng)迫地?cái)D出，由水份占據(jù)的細(xì)縫的體積收縮。這樣，木材10可以很容易地壓縮。
特別是，按照本發(fā)明，超聲波不是施加到木材10的中心部位，而是通過雙向成形模3傾斜地傳送到木材上，因此，它具有均勻地把聲振動(dòng)傳送到木材結(jié)構(gòu)中并獲得均勻收縮的密度的優(yōu)越性。
通過本發(fā)明，因?yàn)槟静牟煞ズ罅⒓刺幚?，不需要長(zhǎng)時(shí)間的干燥處理，因此本發(fā)明具有生產(chǎn)木制品方面的經(jīng)濟(jì)效益。特別是本發(fā)明具有不受缺陷，如裂隙、扭曲和變形的影響生產(chǎn)木制品的優(yōu)越性，因此，除了建筑材料或制作家具上應(yīng)用外，它還可以應(yīng)用到其它不同領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1．一種提高木材硬度和強(qiáng)度的壓縮方法，其特征在于把標(biāo)準(zhǔn)化的原木一端插入壓力成形模具的園柱形成形模內(nèi)，另一端固定在帶凸輪的夾盤上，通過活塞施加一定的軸向壓力，將木材往成形模內(nèi)擠壓，通過具有凸輪滑槽的凸輪導(dǎo)向裝置與凸輪的配合使木材產(chǎn)生交替的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，裝在雙向成形模上部且與垂直軸成一給定傾斜角度的超聲波發(fā)生裝置產(chǎn)生的聲振動(dòng)經(jīng)超聲波聚能裝置，施加到木材上，木材通過壓力成形模具和成形模時(shí)，樹汁被擠出、木材的纖維被壓縮。
2．一種提高木材硬度和強(qiáng)度的壓縮設(shè)備，其特征在于帶有若干孔的園柱形管狀壓力成形模具傾斜地裝在成形裝置主體的上部，園柱形成形模裝在壓力成形模具的前面，標(biāo)準(zhǔn)化的原木插在成形模的開口內(nèi)，超聲波發(fā)生器裝在成形模的上部，超聲波聚能器裝在超聲波發(fā)生器的下部，稍稍傾斜地對(duì)著木材軸向的一側(cè)，活塞相應(yīng)地裝在壓力成形模具和成形模的0-0’軸線上，在油壓活塞的前端，設(shè)有能夾持原木的帶凸輪的夾盤，固定在原木的軸線方向的凸輪導(dǎo)向器設(shè)在夾盤的一側(cè)，凸輪導(dǎo)向器內(nèi)設(shè)有可與凸輪相配合的使原木能進(jìn)行交替轉(zhuǎn)動(dòng)的凸輪滑槽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高木材硬度和強(qiáng)度的壓縮方法及設(shè)備,把標(biāo)準(zhǔn)化的原木一端插入壓力成形模具內(nèi),另一端固定在帶凸輪的夾盤上,通過活塞施加軸向壓力,將木材往成形模內(nèi)擠壓,通過具有凸輪滑槽的凸輪導(dǎo)向裝置與凸輪的配合使木材產(chǎn)生交替的轉(zhuǎn)動(dòng),裝在雙向成形模上部的超聲波發(fā)生裝置產(chǎn)生的聲振動(dòng)經(jīng)超聲波聚能裝置,施加到木材上,通過壓力成形模具時(shí),樹汁被擠出、木材的纖維被壓縮。本發(fā)明能節(jié)約處理時(shí)間,均勻提高木材質(zhì)量,防止木材資源的浪費(fèi)。
文檔編號(hào)B27M1/02GK1232737SQ99102858
公開日1999年10月27日 申請(qǐng)日期1999年3月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月11日
發(fā)明者安善泰 申請(qǐng)人:安善泰